DE3382781T2 - Oil and fuel compositions, use of polymers as additives in them and methods of making the polymers. - Google Patents

Oil and fuel compositions, use of polymers as additives in them and methods of making the polymers.

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Abstract

Substantially or fully hydrogenated (C6 or lower) diolefin-lower (C1-C8) alkyl acrylate or methacrylate copolymers can be used as additives to improve the viscosity index (VI) of lubricating oils. The preferred copolymer is a fully hydrogenated, high molecular weight copolymer of 1,3-butadiene and methyl methacrylate containing at least 71 mole percent 1,3-butadiene. A pour point depressant, VI improving polymer additive for lubricating oils is provided by incorporating a higher (C12-C20) alkyl methacrylate in the copolymer. A dispersant VI improving copolymer for lubricating oils and a dispersant for hydrocarbon fuels may be prepared by graft polymerizing a polar, nitrogen-containing graft monomer onto these copolymers.

Description

Diese Erfindung betrifft Öl- und Kraftstoffzusammensetzungen bzw. Treibstoffzusammensetzungen, Polymere, die als Additive darin brauchbar sind, und Verfahren zur Herstellung der Polymere.This invention relates to oil and fuel compositions, polymers useful as additives therein, and processes for making the polymers.

Diese Erfindung betrifft insbesondere ein hydriertes Copolymer aus einem Diolefin und einem Niederalkylmethacrylat oder Niederalkylacrylat mit vorzugsweise hohem Molekulargewicht, wobei das hydrierte Copolymer mit einem polaren, Stickstoff-enthaltenden Pfropfmonomer pfropfpolymerisiert ist, um ein dispergierendes, den VI verbesserndes Additiv für Schmieröle und ein Dispergiermittel für Wasserstofftreibstoffe zur Verfügung zu stellen. Das Einbringen eines höheren Alkylmethacrylats in die Monomercharge des Copolymers stellt einen den Stockpunkt herabsetzenden VI-Verbesserer für Sehmieröle zur Verfügung.More particularly, this invention relates to a hydrogenated copolymer of a diolefin and a lower alkyl methacrylate or lower alkyl acrylate, preferably of high molecular weight, wherein the hydrogenated copolymer is graft polymerized with a polar, nitrogen-containing graft monomer to provide a dispersant, VI improving additive for lubricating oils and a dispersant for hydrogen fuels. Incorporation of a higher alkyl methacrylate into the monomer charge of the copolymer provides a pour point depressant VI improver for lubricating oils.

Es sind verschiedenste Additive vorgeschlagen worden, um Schmierölen und Kohlenwasserstofflreibstoffen günstige Eigensehaften zu verleihen. Diese Eigenschaften sind z.B. eine verbesserte Viskosität, verbesserte Viskosität/Temperatur-Beziehungen, Dispergierbarkeit, Stockpunktherabsetzung, Oxidationsinhibierung, Antirost- und Antiabnützungseigenschaften. Die Fähigkeit eines Schmiermittels, bei tiefen Temperaturen ein ausreichendes Fließen und bei hohen Temperaturen gute Filmdicken vorzusehen, wird als gute Viskosität/Temperatur-Beziehung bezeichnet. Dispergierbarkeit bezieht sich auf die Fahigkeit eines Schmiermittels, ein Absetzen von Schlamm und Ablagerungen, welche durch den direkten oxidativen Abbau des Schmiermittels oder als Ergebnis von komplexen Reaktionen zwischen Benzin und Abgasen in Autokurbelgehäusen gebildet werden, zu verhindern. Falls diese Ablagerungen im Schmieröl nicht dispergiert sind, setzen sie sich ab und verursachen das Verstopfen von Filtern und möglicherweise das Festfahren von sich bewegenden Teilen, wo enge Spielräume beteiligt sind. Zusätzlich werden Dispergiermittel, Benzin und Mitteldestillattreibstoffen, wie z.B. Heizöle für den Haushalt, Dieseltreibstoffe und Düsentreibstoffe, zugegeben, weil diese Treibstoffe dazu neigen, sich beim Stehen oxidativ zu verschlechtern, wobei gummiartige Ablagerungen gebildet werden. Im Fall von Benzin werden solche gummiartigen Rückstände im Vergaser abgelagert, was eine Steuerung des Luft/Treibstoffverhältnisses unmöglich macht.A variety of additives have been proposed to impart favorable properties to lubricating oils and hydrocarbon fuels. These properties include improved viscosity, improved viscosity/temperature relationships, dispersibility, pour point depression, oxidation inhibition, anti-rust and anti-wear properties. The ability of a lubricant to provide adequate flow at low temperatures and good film thickness at high temperatures is referred to as good viscosity/temperature relationship. Dispersibility refers to the ability of a lubricant to prevent settling of sludge and deposits formed by direct oxidative degradation of the lubricant or as a result of complex reactions between gasoline and exhaust gases in automobile crankcases. If these deposits are not dispersed in the lubricating oil, they settle and cause clogging of filters and possible seizure of moving parts where tight clearances are involved. In addition, dispersants are added to gasoline and middle distillate fuels such as domestic heating oils, diesel fuels and jet fuels because these fuels tend to oxidatively deteriorate when left standing, forming gummy deposits. In the case of gasoline, such gummy residues are deposited in the carburetor, making it impossible to control the air/fuel ratio.

Die Haupttypen herkömmlicher Schmieröladditive sind z.B. Polymethacrylate und Copolymere von Polymethacrylaten, Olefincopolymere und hydrierte Dien/Styrol-Polymere.The main types of conventional lubricating oil additives include polymethacrylates and copolymers of polymethacrylates, olefin copolymers and hydrogenated diene/styrene polymers.

Polymethacrylate weisen ausgezeichnete Viskosität/Temperatur-Beziehungen in Schmierölen als Ergebnis ihrer unterschiedlichen Löslichkeit im Schmieröl bei hohen und tiefen Temperaturen auf. Polymethacrylatadditive können durch Pfropfpolymerisieren polarer, Stickstoff-enthaltender Monomere auf das Polymethacrylatrückgrat modifiziert werden, um eine Dispergierbarkeit zu verleihen.Polymethacrylates exhibit excellent viscosity/temperature relationships in lubricating oils as a result of their differential solubility in the lubricating oil at high and low temperatures. Polymethacrylate additives can be modified by graft polymerizing polar, nitrogen-containing monomers onto the polymethacrylate backbone to impart dispersibility.

Olefincopolymere, wie z.B. Ethylen/Propylen-Copolymere, sind wirksamere Verdicker für Schmieröl als Polymethacrylate. Die verbesserte Verdickungswirksamkeit gestattet es, daß sie bei tieferen Konzentrationen im Schmieröl als Polymethacrylate wirksam sind. Die verbesserte Verdickungswirksamkeit von Olefincopolymeren ist eine Funktion des hohen Prozentsatzes ihres Molekulargewichts im Polymerrückgrat, verglichen mit Polymethacrylaten, welche einen niedrigeren Prozentsatz ihres Molekulargewichts im Rückgrat und einen höheren Prozentsatz ihres Molekulargewichtes in den Seitenkettenalkylgruppen besitzen. Olefincopolymere können auch durch ein anderes Pflopfpolymerisationsverfahren als jenes, welches angewendet wird, um Polymethacrylate pfropfzupolymerisieren, modifiziert werden, um eine Dispergierfunktionalität auf das Olefincopolymerrückgrat zu bringen. Während Oleflncopolymere ausgezeichnete Verdicker sind, besitzen sie nicht die ausgezeichneten Viskosität/Temperatur-Beziehungen von Polymethacrylaten. Zusätzlich weisen Olefincopolymere keine Stockpunktherabsetzung auf, und die Zugabe ausreichender Mengen von herkömmlichen Additiven zur Herabsetzung des Stockpunkts zum Olefincopolymer kann zu einem inkompatiblen Schmierölkonzentrat führen.Olefin copolymers, such as ethylene/propylene copolymers, are more effective lubricating oil thickeners than polymethacrylates. The improved thickening efficiency allows them to be effective at lower concentrations in the lubricating oil than polymethacrylates. The improved thickening efficiency of olefin copolymers is a function of the high percentage of their molecular weight in the polymer backbone, compared to polymethacrylates, which have a lower percentage of their molecular weight in the backbone and a higher percentage of their molecular weight in the side chain alkyl groups. Olefin copolymers can also be modified by a different graft polymerization process than that used to graft polymerize polymethacrylates to introduce dispersing functionality onto the olefin copolymer backbone. While olefin copolymers are excellent thickeners, they do not possess the excellent viscosity/temperature relationships of polymethacrylates. In addition, olefin copolymers do not exhibit pour point depressants, and the addition of sufficient amounts of conventional pour point depressant additives to the olefin copolymer can result in an incompatible lubricating oil concentrate.

Hydrierte Dien/Styrol-Copolymeradditive, wie jene, die in der US-A - 4181618 geoffenbart sind, sind ebenso wirksame Verdicker für Schmieröl, sind aber oxidativ instabiler als Polymethacrylate und besitzen nicht die ausgezeichneten Viskosität/Temperatur-Beziehungen von Polymethacrylaten.Hydrogenated diene/styrene copolymer additives, such as those disclosed in US-A-4181618, are also effective lubricating oil thickeners, but are less oxidatively stable than polymethacrylates and do not possess the excellent viscosity/temperature relationships of polymethacrylates.

Demgemäß würde es natürlich vorteilhaft sein, die günstigen Eigenschaften von Polymethacrylaten mit den günstigen Eigenschaften von Olefincopolymeren zu kombinieren, um ein Schmieröladditiv zu schaffen, welches die besten Merkmale jedes Additivtyps aufweist. Physikalische Gemische von Polyolefinen und Polymethacrylaten sind jedoch inkompatibel. Gemische, die mehr als etwa 5 Gewichtsprozent Polyolefin enthalten, trennen sich im Schmieröl in zwei Phasen, und diese Inkompatibilität macht in den meisten Fällen eine einfache physikalische Kombination als ein Öladditiv unwirksam.Accordingly, it would of course be advantageous to combine the beneficial properties of polymethacrylates with the beneficial properties of olefin copolymers to create a lubricating oil additive that has the best characteristics of each type of additive. However, physical blends of polyolefins and polymethacrylates are incompatible. Blends containing more than about 5% by weight of polyolefin separate into two phases in the lubricating oil, and this incompatibility renders a simple physical combination ineffective as an oil additive in most cases.

Die deutsche Offenlegungsschrift 2,905,954 ist auf einen Phasenstabilisator oder eine Emulgatorzusammensetzung gerichtet, welche Polymethacrylate und Olefincopolymere im Schmieröl kompatibel macht. Die Pfropf- und Blockemulgatorzusammensetzungen besitzen Sequenzen, welche mit dem Olefincopolymer kompatibel sind, und andere Sequenzen, welche mit Polymethacrylaten kompatibel sind. Die Emulgatorzusammensetzung muß in Pegeln über 5 Gewichtsprozent vorhanden sein, um Polymethacrylate und Olefincopolymere kompatibel zu machen. Diese kompatibel gemachten Mischungen müssen jedoch in Konzentrationen von etwa 2,0% verwendet werden, um Schmierölen einen wirksamen Viskositätsindex zu verleihen. Zusätzlich zur Notwendigkeit für solche hohen Konzentrationen ist die Grenzpumptemperatur von Schmierölen, die eine wirksame Menge eines kompatibel gemachten Polymethacrylat/Olefin-Copolymers entnalten, nicht so niedrig, als sie mit den Copolymeren der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann.German Offenlegungsschrift 2,905,954 is directed to a phase stabilizer or emulsifier composition which compatibilizes polymethacrylates and olefin copolymers in lubricating oil. The graft and block emulsifier compositions have sequences which are compatible with the olefin copolymer and other sequences which are compatible with polymethacrylates. The emulsifier composition must be present at levels above 5% by weight to compatibilize polymethacrylates and olefin copolymers. However, these compatibilized blends must be used at concentrations of about 2.0% to impart an effective viscosity index to lubricating oils. In addition to the need for such high concentrations, the limit pumping temperature of lubricating oils containing an effective amount of a compatibilized polymethacrylate/olefin copolymer is not as low as can be achieved with the copolymers of the present invention.

Das U.S.-Patent 3,621,004 betrifft Schmierölzusammensetzungen, welche polymere Verbindungen mit viskositätsverbessernden Eigenschaften und mit Dispergiermitteleigenschaften entnalten. Diese polymeren Verbindungen werden durch Copolymerisieren eines oder mehrerer Olefine, die zwei bis sechs Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, mit einem oder mehreren Alkylestern ungesättigter Carbonsäuren, die vorzugsweise acht oder mehr Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, zum Beispiel Laurylmethacrylat, und einem oder mehreren Estem ungesättigter Carbonsäuren, in welchen der Teil des Moleküls, der vom Alkohol stammt, mindestens eine freie Hydroxylgruppe enthält, wie z.B. beta-Hydroxyethylmethacrylat, gebildet. Es ist eine programmierte Copolymerisation oder eine Copolymerisation mit geringer Umsetzung nötig, um sicherzustellen, daß das Verhältnis zwischen der Konzentration der Monomeren im zu polymerisierenden Gemisch wahrend der Polymerisation konstant bleibt. Dann wird das Copolymer mit cyclischen Ethern, zum Beispiel Ethylenoxid, umgesetzt, um das Schmiermitteladditiv zu bilden.US Patent 3,621,004 relates to lubricating oil compositions containing polymeric compounds with viscosity-improving properties and with dispersant properties. These polymeric compounds are prepared by copolymerizing one or more olefins containing two to six carbon atoms per molecule, with one or more alkyl esters of unsaturated carboxylic acids, preferably containing eight or more carbon atoms per molecule, for example lauryl methacrylate, and one or more esters of unsaturated carboxylic acids in which the part of the molecule derived from the alcohol contains at least one free hydroxyl group, such as beta-hydroxyethyl methacrylate. A programmed copolymerization or a low conversion copolymerization is necessary to ensure that the ratio between the concentration of the monomers in the mixture to be polymerized remains constant during the polymerization. The copolymer is then reacted with cyclic ethers, for example ethylene oxide, to form the lubricant additive.

Das britische Patent Nr. 1,112,749 offenbart auch polymere VI-Verbesserer und/oder Verdicker für ein Schmieröl. Diese Additive werden durch Copolymerisieren eines oder mehrerer Mono oder Diolefine, welche sechs Kohlenstoffatome pro Molekül oder weniger aufweisen, mit entweder einem oder mehreren Alkylestern ungesättigter monobasischer Carbonsäuren, bei denen die Alkylgruppe von mindestens einem Ester vorzugsweise acht oder mehr Kohlenstoffatome enthält, oder mit einem oder mehreren Alkylestern ungesättigter polybasischer Carbonsäuren gebildet. Es sind spezifische Molverhältnisse der Monomere erforderlich, um die unerwünschte Bildung von Homopolymeren der Ester oder Olefine zu minimieren. Das bevorzugte Additiv ist ein Copolymer aus Ethylen oder Butadien und Laurylmethacrylat oder Di(2-ethylhexyl)itaconat.British Patent No. 1,112,749 also discloses polymeric VI improvers and/or thickeners for a lubricating oil. These additives are formed by copolymerizing one or more mono or diolefins having six carbon atoms per molecule or less with either one or more alkyl esters of unsaturated monobasic carboxylic acids, in which the alkyl group of at least one ester preferably contains eight or more carbon atoms, or with one or more alkyl esters of unsaturated polybasic carboxylic acids. Specific molar ratios of the monomers are required to minimize the undesirable formation of homopolymers of the esters or olefins. The preferred additive is a copolymer of ethylene or butadiene and lauryl methacrylate or di(2-ethylhexyl) itaconate.

Das britische Patent '749 und das U.S.-Patent Nr. 3,621,004 offenbaren nicht, daß Copolymere aus lediglich Ethylen und Methylmethacrylat als Schmieröladditive wirksam sein können. Dies deshalb, da erwartet werden würde, daß bei abnehmender Anzahl von Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe der Methacrylatkomponente die Löslichkeit des erhaltenen Copolymers im Schmieröl abnehmen würde. Es gibt keine berichteten Versuche, daß Copolymere aus Olefinen und Methylmethacrylat oder Niederalkylacrylaten, welche als Schmieröladditive wirksam sind, erfolgreich gebildet wurden. Das britische Patent '749 offenbart auch teilweise hydrierte Copolymere aus Butadien und Laurylmethacrylat; die VI- Verbesserung, die mit einem solchen Additiv erzielt wird, ist jedoch bei hohen Temperaturen weniger als zufriedenstellend.British Patent '749 and U.S. Patent No. 3,621,004 do not disclose that copolymers of only ethylene and methyl methacrylate can be effective as lubricating oil additives. This is because it would be expected that as the number of carbon atoms in the alkyl group of the methacrylate component decreases, the solubility of the resulting copolymer in the lubricating oil would decrease. There are no reported attempts to successfully form copolymers of olefins and methyl methacrylate or lower alkyl acrylates which are effective as lubricating oil additives. British Patent '749 also discloses partially hydrogenated copolymers of butadiene and lauryl methacrylate; however, the VI improvement achieved with such an additive is less than satisfactory at high temperatures.

Das französische Patent Nr. 2,273,057 offenbart hydrierte Butadien/Methylmethacrylat- Copolymere mit einem niedrigen Zahlenmittel des Molekulargewichts (weniger als 10.000). Es wird geoffenbart, daß diese Copolymere als Fließverbesserer für Kohlenwasserstoffflüssigkeiten brauchbar sind. Es wird jedoch nicht geoffenbart, daß sie als VI-verbessernde Additive für Schmieröle bei hohen und bei tiefen Temperaturen brauchbar sind. Ihre Funktion besteht darin, die Kristallinität von Alkanen in Kohlenwasserstofflüssigkeiten bei tiefen Temperaturen zu modifizieren.French Patent No. 2,273,057 discloses hydrogenated butadiene/methyl methacrylate copolymers having a low number average molecular weight (less than 10,000). These copolymers are disclosed to be useful as flow improvers for hydrocarbon fluids. However, they are not disclosed to be useful as VI-improving additives for high and low temperature lubricating oils. Their function is to modify the crystallinity of alkanes in hydrocarbon fluids at low temperatures.

Die deutsche Offenlegungsschrift 2,322,079 offenbart Blockpolymeradditive für Schmieröle. Diese Additive sind Copolymere von hydrierten Blöcken konjugierter Diene, wie z.B. Polybutadien oder Polyisopren, und gegebenenfalls hydrierten Blöcken von mindestens einem Monoalkenylpyridin, Acrylat, Methacrylat, Acrylnitril und alpha-Olefinoxid. Das Copolymer enthält vorzugsweise 10 bis 99 Gewichtsprozent und mehr, vorzugsweise 40 bis 97 Gewichtsprozent, der hydrierten Blöcke konjugierter Diene. Diese sequentiellen, anionisch polymerisierten Blockcopolymere sind strukturell verschieden und werden mit einem anderen Verfahren als die statistischen Copolymere der vorliegenden Erfindung hergestellt. Weil die Blockcopolymere Sequenzen von Homopolymeren aufweisen, die zusammengekoppelt sind, würde man erwarten, daß diese Homopolymere miteinander assoziieren könnten, um Aggregate zu bilden, und daß dies zu anderen Löslichkeitseigenschaften als die Copolymere der vorliegenden Erfindung führt.German Offenlegungsschrift 2,322,079 discloses block polymer additives for lubricating oils. These additives are copolymers of hydrogenated blocks of conjugated dienes, such as polybutadiene or polyisoprene, and optionally hydrogenated blocks of at least one monoalkenylpyridine, acrylate, methacrylate, acrylonitrile and alpha-olefin oxide. The copolymer preferably contains 10 to 99 percent by weight and more, preferably 40 to 97 percent by weight, of the hydrogenated blocks of conjugated Dienes. These sequential anionically polymerized block copolymers are structurally different and are prepared by a different process than the random copolymers of the present invention. Because the block copolymers comprise sequences of homopolymers coupled together, one would expect that these homopolymers could associate with each other to form aggregates and that this would result in different solubility properties than the copolymers of the present invention.

Yokota und Hirabayashi offenbaren in Macromolecules, Band 14 Nr 6, 1981, Seiten 1613-16, "Synthesis of a Sequence-Ordered Copolymer: Hydrogenation of Alternating Butadien/Methylmethacrylat-Copolymer" ein Synthetisieren von perfekt alternierenden Copolymeren aus Butadien und Methylmethacrylat und ein Verfahren zum Hydrieren solcher Copolymere. Man würde nicht erwarten, daß diese hydrierten alternierenden Copolymere in Schmierölen unter etwa 50ºC löslich sind, und zwar als Ergebnis einer sehr hohen Polarität und möglicherweise von der Kristallinität, die von der regelmäßigen Natur des Copolymers herrührt. Dementsprechend würde man nicht erwarten, daß diese Copolymere wirksame VI-verbesserenden Additive sind.Yokota and Hirabayashi in Macromolecules, Vol. 14 No. 6, 1981, pages 1613-16, "Synthesis of a Sequence-Ordered Copolymer: Hydrogenation of Alternating Butadiene/Methyl Methacrylate Copolymer" disclose synthesizing perfectly alternating copolymers of butadiene and methyl methacrylate and a process for hydrogenating such copolymers. These hydrogenated alternating copolymers would not be expected to be soluble in lubricating oils below about 50°C, as a result of very high polarity and possibly from crystallinity resulting from the regular nature of the copolymer. Accordingly, these copolymers would not be expected to be effective VI-improving additives.

Man würde erwarten, daß hydrierte Butadien/Methylmethacrylat-Copolymere Ethylen/Methylmethacrylat-Copolymeren sehr ähnlich sind. Wir haben gefunden, daß Ethylen/Methylmethacrylat-Copolymere, welche durch Emulsionspolymerisation bei einem hohen Druck von größer als 7,91 bar (100 psig) hergestellt werden, in Schmierölen zu unlöslich sind, um als VI-Verbesserer brauchbar zu sein. Die Unlöslichkeit von Ethylen/Methylmethacrylat-Copolymeren in Öl ist wahrscheinlich das Ergebnis der Kristallisation von Ethylenblöcken. Diese Blöcke treten wegen der beträchtlich differierenden Reaktivitäten von Ethylen und Methacrylatestern gerne auf. Wir haben auch gefunden, daß hydriertes Polybutadien mit hohem Molekulargewicht, welches mittels Emulsionspolymerisationstechniken hergestellt wird, und hydriertes Polybutadien mit geringem Molekulargewicht, welches mittels Freiradikalpolymerisationstechniken hergestellt wird, im Öl ebenso zu unlöslich sind, um wirksame Additive zu sein. Die teilweise Unlöslichkeit von hydriertem Polybutadien ist wahrscheinlich auch der Kristallinität vom Polyethylentypus zuzuschreiben. Dazu kommt noch, daß Polymethacrylat mit hohem Molekulargewicht äußerst polar und in Schmierölen, welche eine geringe Polarität besitzen, praktisch unlöslich ist.Hydrogenated butadiene/methyl methacrylate copolymers would be expected to be very similar to ethylene/methyl methacrylate copolymers. We have found that ethylene/methyl methacrylate copolymers prepared by emulsion polymerization at high pressures greater than 7.91 bar (100 psig) are too insoluble in lubricating oils to be useful as VI improvers. The insolubility of ethylene/methyl methacrylate copolymers in oil is probably the result of crystallization of ethylene blocks. These blocks tend to occur because of the significantly differing reactivities of ethylene and methacrylate esters. We have also found that high molecular weight hydrogenated polybutadiene prepared by emulsion polymerization techniques and low molecular weight hydrogenated polybutadiene prepared by free radical polymerization techniques are also too insoluble in oil to be effective additives. The partial insolubility of hydrogenated polybutadiene is also probably due to polyethylene-type crystallinity. In addition, high molecular weight polymethacrylate is extremely polar and practically insoluble in lubricating oils which have low polarity.

Wir haben nun unerwarteterweise gefunden, daß katalytisch hydrierte Copolymere mit hohem Molekulargewicht aus konjugierten Diolefinen, welche sechs Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül besitzen, und Alkylacrylaten oder Alkylmethacrylaten und Gemischen davon, wo die Alkylgruppe des Acrylats oder Methacrylats acht Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, im Schmieröl löslich sind und ein wirksames, den VI verbesserndes Additiv für Schmieröle zur Verfügung stellen können.We have now unexpectedly found that catalytically hydrogenated high molecular weight copolymers of conjugated diolefins having six carbon atoms or less per molecule and alkyl acrylates or alkyl methacrylates and mixtures thereof where the alkyl group of the acrylate or methacrylate contains eight carbon atoms or less per molecule are soluble in lubricating oil and can provide an effective VI improving additive for lubricating oils.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein neues, den VI verbesserndes Copolymeradditiv für Schmieröle, welches die wünschenswerten Eigenschaften eines herkömmlichen Polymethacrylats besitzt und Olefincopolymer-Öladditive zur Verfügung zu stellenIt is an object of this invention to provide a new VI improving copolymer additive for lubricating oils which has the desirable properties of a conventional polymethacrylate and olefin copolymer oil additives

Es ist weiters ein Ziel dieser Erfindung, ein polares, Stickstoff-enthaltendes Pfropfmonomer auf das Rückgrat eines hydrierten Diolefin/Niederalkylacrylat- oder -/Niederalkylmethacrylat-Copolymers pfropfzupolymerisieren, um einen dispergierenden VI-Verbesserer für ein Schmieröl und für Kohlenwasserstofftreibstoffe zur Verfügung zu stellen.It is a further object of this invention to graft polymerize a polar nitrogen-containing graft monomer onto the backbone of a hydrogenated diolefin/lower alkyl acrylate or -/lower alkyl methacrylate copolymer to provide a dispersant VI improver for a lubricating oil and for hydrocarbon fuels.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Pfropfcopolymer zur Verfügung gestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: ein Copolymersubstrat und ein polaren Stickstoff-enthaltendes Pfropfmonomer, welches auf das Substrat polymerisiert ist, und worin das Copolymersubstrat: (I) das polymerisierte Produkt von (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül und (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, umfaßt; (II) ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 60 000 bis 1,6 x 10&sup6; besitzt; und (III) hydriert ist, 50 daß nicht mehr als 5% Restungesättigtheit, bestimmt mittels Spektroskopie, vorhanden ist.According to one aspect of the invention there is provided a graft copolymer characterized by comprising: a copolymer substrate and a polar nitrogen-containing graft monomer polymerized onto the substrate, and wherein the copolymer substrate: (I) comprises the polymerized product of (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule and (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule; (II) has a weight average molecular weight of from 60,000 to 1.6 x 106; and (III) is hydrogenated to have no more than 5% residual unsaturation as determined by spectroscopy.

Gemaß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines hydrierten Copolymers zur Verfügung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: (I) Emulsionscopolymerisieren von (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül mit (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, gegebenenfalls zusammen mit (c) einem oder mehreren höheren Alkylmethacrylaten, in welchen die Alkylgruppen 12 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, in einer wäßrigen Tensidlösung in Gegenwart eines Katalysators bei einer Polymerisationstemperatur von 5 bis 40ºC, um ein Copolymer zu bilden; (II) und katalytisches Hydrieren des Copolymers in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators bei einem Druck von 7,91 bar bis 35,09 bar (100 bis 500 psig), um im wesentlichen jede Diolefinungesättigtheit des Copolymers zu reduzieren, so daß nicht mehr als 5% Restungesättigtheit, bestimmt mittels Spektroskopie, vorhanden ist; (III) fälls notwendig, Abbauen des Copolymers vor oder nach dem Hydrierungsschritt (II), so daß das Copolymer ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 60 000 bis 1,6 x 10&sup6; aufweist; und (IV) Pfropfpolymerisieren des polaren Stickstoff-enthaltenden Monomers auf das hydrierte Copolymer.According to a second aspect, the invention provides a process for producing a hydrogenated copolymer characterized by comprising: (I) emulsion copolymerizing (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule with (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule, optionally together with (c) one or more higher alkyl methacrylates in which the alkyl groups contain 12 to 20 carbon atoms, in an aqueous surfactant solution in the presence of a catalyst at a polymerization temperature of 5 to 40°C to form a copolymer; (II) and catalytically hydrogenating the copolymer in the presence of a hydrogenation catalyst at a pressure of 7.91 bar to 35.09 bar (100 to 500 psig) to reduce substantially any diolefin unsaturation of the copolymer so that there is no more than 5% residual unsaturation as determined by spectroscopy; (III) if necessary, degrading the copolymer before or after the hydrogenation step (II) so that the copolymer has a weight average molecular weight of 60,000 to 1.6 x 106; and (IV) graft polymerizing the polar nitrogen-containing monomer onto the hydrogenated copolymer.

Ein dritter Aspekt der Erfindung umfäßt eine Ölzusammensetzung, welche (i) ein Schmieröl und (ii) eine dispergierende und den Viskositätsindex verbessernde Menge eines Pfropfcopolymers gemäß der Erfindung umfaßt.A third aspect of the invention includes an oil composition comprising (i) a lubricating oil and (ii) a dispersing and viscosity index improving amount of a graft copolymer according to the invention.

Ein vierter Aspekt der Erfindung stellt eine Ölzusammensetzung zur Verfügung, welche umfaßt: (i) ein Schmieröl und (ii) eine dispergierende, den Stockpunkt herabsetzende und die Viskosität verbessernde Menge eines Pfropfcopolymers gemaß der Erfindung, in welchem Pfropfcopolymer das Copolymersubstrat das polymerisierte Produkt aus (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül, (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, und (c) ein oder mehrere höhere Alkylmethacrylate, in welchen die Alkylgruppe 12 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, umfaßt.A fourth aspect of the invention provides an oil composition comprising: (i) a lubricating oil and (ii) a dispersing, pour point depressing and viscosity improving amount of a graft copolymer according to the invention, in which graft copolymer the copolymer substrate comprises the polymerized product of (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule, (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule, and (c) one or more higher alkyl methacrylates in which the alkyl group contains 12 to 20 carbon atoms.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung stellt eine Treibstoffzusammensetzung zur Verfügung, welche (i) einen Kohlenwasserstofftreibstoff und (ii) eine dispergierende Menge eines Copolymers der Erfindung umfaßt.A fifth aspect of the invention provides a fuel composition comprising (i) a hydrocarbon fuel and (ii) a dispersing amount of a copolymer of the invention.

Der Ausdruck im wesentlichen hydriert, wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß die Copolymere zu einem Ausmaß hydriert sind, daß bis zu 5% Restungesättigtheit vorhanden ist, was mittels Spektroskopie bestimmt wird.The term substantially hydrogenated as used herein means that the copolymers are hydrogenated to an extent that up to 5% residual unsaturation is present as determined by spectroscopy.

Die hydrierten Pfropfcopolymere mit hohem Molekulargewicht dieser Erfindung sind als dispergierende VI-Verbesserer für Schmieröle brauchbar und können modifiziert werden, um multifunktionelle, den Stockpunkt herabsetzende und dispergierende VI-Verbesserer herzustellen.The high molecular weight hydrogenated graft copolymers of this invention are useful as dispersant VI improvers for lubricating oils and can be modified to produce multifunctional pour point depressant and dispersant VI improvers.

Diese VI-Verbesserer sind hydrierte Copolymere von konjugierten Diolefinen, welche sechs Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül aufweisen, und Niederalkylacrylate oder Niederalkylmethacrylate, wo die Alkylgruppe acht Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält.These VI improvers are hydrogenated copolymers of conjugated diolefins, which have six carbon atoms or less per molecule, and lower alkyl acrylates or lower alkyl methacrylates, where the alkyl group contains eight carbon atoms or less per molecule.

Geeignete konjugierte Diolefinmonomere, die in dieser Erfindung brauchbar sind, sind z.B. 1,3- Butadien, cis- und trans-1-Methyl-1,3-butadien (Piperylen), 2,3-Dimethyl-1,3-butadien und 2-Methyl- 1,3-butadien (Isopren). Das bevorzugte, konjugierte Diolefinmonomer ist 1,3-Butadien.Suitable conjugated diolefin monomers useful in this invention include 1,3-butadiene, cis- and trans-1-methyl-1,3-butadiene (piperylene), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene and 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene). The preferred conjugated diolefin monomer is 1,3-butadiene.

Geeignete Niederalkylacrylat- und Niederalkylmethacrylat-Comonomere sind z.B. Methyl-, Etnyl-, Butyl-, Propyl-, Isopropyl-, sek.-Butyl-, Isobutyl-, tert.-Butylacrylat oder -methacrylat und Gemische davon. Das bevorzugte Niederalkylacrylat oder -methacrylat ist Methylmethacrylat.Suitable lower alkyl acrylate and lower alkyl methacrylate comonomers include methyl, ethyl, butyl, propyl, isopropyl, sec-butyl, isobutyl, tert-butyl acrylate or methacrylate and mixtures thereof. The preferred lower alkyl acrylate or methacrylate is methyl methacrylate.

Die in dieser Erfindung verwendeten Copolymersubstrate können mit jeder Standardpolymerisationstechnik hergestellt werden, welche ein Copolymer eines Diolefins und eines Niederalkylacrylats oder Niederalkylmethacrylats mit einem ausreichend hohen Molekulargewicht bilden kann. Es wurde gefimden, daß die Emulsionspolymerisation das bevorzugte Verfahren zur Herstellung statistischer Copolymere aus einem Diolefin und einem Niederalkylacrylat oder -methacrylat, welche ein ausreichend hohes Molekulargewicht besitzen, ist. Eine Emulsionspolymerisation umfaßt vorzugsweise das Herstellen eines ersten wäßrigen Tensidgemisches aus entionisiertem Wasser, einem anionischen Tensid, zum Beispiel Natriumlaurylsulfat, und einem reduzierenden Anteil eines Redoxinitiatorsystems, zum Beispiel Tetranatriumpyrophosphat und Eisen(II)sulfatheptahydrat. Die Monomere und der Oxidationsteil des Redoxinitiatorsystems, zum Beispiel Cumolhydroperoxid, tert.Butylhydroperoxid oder Diisopropylbenzolhydroperoxid, werden dem ersten wäßrigen Tensidgemisch unter einer Stickstoffatmosphäre zugegeben. Auch Kettenübertragungsmittel können dem Monomergemisch zugegeben werden. Polymerisationsinitiatoren, welche freie Radikale erzeugen und anders sind als die oben beschriebenen Redoxsysteme, können im Emulsionspolymerisationsverfahren auch verwendet werden. Diese Initiatoren sind z.B. Azo-Initiatoren, wie z.B. Azobisisobutyronitril und 2,2'-Azobis(2,4dimethyl-4-methoxy)valeronitril, hergestellt unter der Handelsmarke Vazo 33 von E.I. duPont, und wasserlösliche Persulfatinitiatoren, wie z.B. Natriumpersulfat und Ammoniumpersulfat, gegebenenfalls mit reduzierenden Mitteln. Welches Initiatorsystem auch immer gewahlt wird, es ist wichtig, daß das System freie Radikale mit einer geeigneten Geschwindigkeit bei der Temperatur erzeugt, die für die Polymensationsreaktion gewählt wird.The copolymer substrates used in this invention can be prepared by any standard polymerization technique capable of forming a copolymer of a diolefin and a lower alkyl acrylate or methacrylate having a sufficiently high molecular weight. Emulsion polymerization has been found to be the preferred method for preparing random copolymers of a diolefin and a lower alkyl acrylate or methacrylate having a sufficiently high molecular weight. Emulsion polymerization preferably comprises preparing a first aqueous surfactant mixture of deionized water, an anionic surfactant, for example sodium lauryl sulfate, and a reducing portion of a redox initiator system, for example tetrasodium pyrophosphate and ferrous sulfate heptahydrate. The monomers and the oxidation part of the redox initiator system, for example cumene hydroperoxide, tert-butyl hydroperoxide or diisopropylbenzene hydroperoxide, are added to the first aqueous surfactant mixture under a nitrogen atmosphere. Chain transfer agents can also be added to the monomer mixture. Polymerization initiators which generate free radicals and are different from the redox systems described above can also be used in the emulsion polymerization process. These initiators are, for example, azo initiators such as azobisisobutyronitrile and 2,2'-azobis(2,4dimethyl-4-methoxy)valeronitrile, manufactured under the trademark Vazo 33 by E.I. duPont, and water-soluble persulfate initiators such as sodium persulfate and ammonium persulfate, optionally with reducing agents. Whatever initiator system is chosen, it is important that the system generates free radicals at an appropriate rate at the temperature chosen for the polymerization reaction.

Weitere Schritte im Verfahren können so sein, wie unten beschrieben ist.Further steps in the process may be as described below.

Das Verhältnis des Monomergemisches in der Zuführung nähert sich vorzugsweise an das erwünschte Verhältnis der Polyolefin- zu den Polyacrylat- oder Polymethacrylateinheiten im Endcopolymer an. Das Emulsionsreaktionsgemisch wird auf einer Polymerisationstemperatur von -10ºC bis 60ºC, vorzugsweise bei 5ºC bis 40ºC, und mehr bevorzugt bei 20ºC bis 30ºC, gehalten. Sobald die Polymerisation begonnen hat, werden zusätzliche Monomere langsam mit einer konstanten Geschwindigkeit dem Reaktionsgemisch zugegeben. Gleichzeitig werden ein zweites waßriges Tensidgemisch, welches ein nichtionisches Tensid, wie z.B. Triton X-405 oder Triton N-100 ("Triton" ist eine Handelsmarke von Union Carbide) enthält, und ein zusätzliches anionisches Tensid allmählich dem Reaktionsgemisch zugegeben, um für die Copolymerisation eine geeignete emulgierende Umgebung zu bilden. Die Reaktion wird bis zu einer hohen Umsetzung der Größenordnung von etwa 50-90%, und vorzugsweise 70-90%, der beendeten Umsetzung fortschreiten gelassen. Das Emulsionscopolymer wird aus der Lösung entweder gefällt, wie durch Methanol-enthaltendes Hydrochinon, oder aus dem Gemisch z.B. durch Extraktion und azcotrope Destillation isoliert. Das gefällte Emulsionscopolymer wird dann gewaschen und getrocknet.The ratio of the monomer mixture in the feed preferably approximates the desired ratio of polyolefin to polyacrylate or polymethacrylate units in the final copolymer. The emulsion reaction mixture is maintained at a polymerization temperature of -10°C to 60°C, preferably 5°C to 40°C, and more preferably 20°C to 30°C. Once polymerization has begun, additional monomers are slowly added to the reaction mixture at a constant rate. At the same time, a second aqueous surfactant mixture containing a nonionic surfactant such as Triton X-405 or Triton N-100 ("Triton" is a trademark of Union Carbide) and an additional anionic surfactant are gradually added to the reaction mixture to form a suitable emulsifying environment for copolymerization. The reaction is allowed to proceed to a high conversion of the order of about 50-90%, and preferably 70-90%, of the completed reaction. The emulsion copolymer is either precipitated from the solution, as by methanol-containing hydroquinone, or isolated from the mixture, e.g. by extraction and azotropic distillation. The precipitated emulsion copolymer is then washed and dried.

Methylmethacrylat ist als ein Niederalkylmethacrylat-Comonomer für eine Emulsionscopolymerisation mit den konjugierten Diolefinmonomeren bevorzugt. Methylmethacrylat ist in Wasser teilweise löslich und weist ein günstiges Reaktivitätsverhältnis zu den konjugierten Diolefinen auf Dieses günstige Reaktivitätsverhältnis gestattet die Bildung von Copolymeren mit einer im wesentlichen einheitlichen Zusammensetzung, verglichen zur Monomerzuführung.Methyl methacrylate is preferred as a lower alkyl methacrylate comonomer for emulsion copolymerization with the conjugated diolefin monomers. Methyl methacrylate is partially soluble in water and has a favorable reactivity ratio to the conjugated diolefins. This favorable reactivity ratio allows the formation of copolymers with a substantially uniform composition compared to the monomer feed.

Die angewendeten Bedingungen für die Emulsionspolymerisation, und insbesondere die Temperatur der Emulsionspolymerisation, besitzen eine wichtige Wirkung in der Weise, in welcher das konjugierte Diolefinmonomer polymerisiert. Wiederum weist die Weise, in welcher das konjugierte Diolefinmonomer polymerisiert, eine Wirkung auf die Löslichkeit des erhaltenen Copolymers in einem Schmieröl auf. Es wird behauptet, daß, wenn 1,3-Butadien polymerisiert, das gebildete Polybutadien eine Mikrostruktur aufweist. Eine Mikrostruktur ist ein Ausdruck, der verwendet wird, um die Stern chemie und die Anordnung der Monomereinheiten von der Makrostruktur zu unterscheiden. Die Mikrostruktur von Polybutadien enthält cis-1,4-Polybutadien, trans-1,4-Polybutadien und Vinyl-1,2- polybutadien. Basierend auf der Literatur (J.L. Binder, Ind. Eng. Chem. 46 1727 (1954), "Microstructure of Polybutadiene and Butadiene Styrene Copolymers" kann die Mikrostruktur von Polybutadien bei verschiedenen Temperaturen der Emulsionspolymerisation abgeschätzt werden. Bei einer Ernulsionspolymerisationstemperatur von -5ºC enthält die Polybutadien-Mikrostruktur etwa 13% cis, 75% trans und 12% Vinyl. Bei einer Emulsionspolymerisationstemperatur von etwa 50ºC entnält die Polybutadien-Mikrostruktur etwa 18% cis, 65% trans und 17% Vinyl. Ein Anheben der Emulsionspolymerisationstemperatur begünstigt die Bildung von Vinylpolybutadien und cis-Polybutadien zu Lasten der Bildung von trans-Polybutadien. Ein Anheben der Menge an Vinylpolybutadien, welches in der Mikrostruktur enthalten oder in der Kette eingebaut ist, ist wünschenswert, wenn ein Copolymer hergestellt wird, welches in einem Schmierol loslich sein muß. Ein Erhohen der Vinylpolybutadien- Kettenbildung in der Mikrostruktur erhöht die Ethylverzweigungen im Polymer, wobei das Auftreten von Molekülwechselwirkungen, Schmelzpunkt und die Möglichkeit einer Kristallinität des Polyethylen- Typus verringert wird, was wiederum die Möglichkeit verringert, daß die Löslichkeit des Copolymeradditivs in einem Schmieröl abnimmt. Ein Erhöhen der Polymerisationstemperatur auf über 40ºC verringert jedoch das Ausmaß einer möglichen Monomerumsetzung, ohne daß eine zu große Vernetzung eingebracht wird. Dementsprechend haben wir gefunden, daß der bevorzugte Temperaturbereich für die Emulsionspolymerisation 5ºC bis 40ºC ist, um Copolymere zu bilden, welche nach einer Hydrierung wirksame VI-Verbesserer für Schmieröle sind.The conditions used for emulsion polymerization, and particularly the temperature of emulsion polymerization, have an important effect on the manner in which the conjugated diolefin monomer polymerizes. In turn, the manner in which the conjugated diolefin monomer polymerizes has an effect on the solubility of the resulting copolymer in a lubricating oil. It is claimed that when 1,3-butadiene polymerizes, the polybutadiene formed has a microstructure. A microstructure is a term used to distinguish star chemistry and the arrangement of monomer units from macrostructure. The microstructure of polybutadiene includes cis-1,4-polybutadiene, trans-1,4-polybutadiene and vinyl-1,2-polybutadiene. Based on the literature (JL Binder, Ind. Eng. Chem. 46 1727 (1954), "Microstructure of Polybutadiene and Butadiene Styrene Copolymers" the microstructure of polybutadiene can be estimated at different emulsion polymerization temperatures. At an emulsion polymerization temperature of -5ºC the polybutadiene microstructure contains about 13% cis, 75% trans and 12% vinyl. At an emulsion polymerization temperature of about 50ºC the polybutadiene microstructure contains about 18% cis, 65% trans and 17% vinyl. Increasing the emulsion polymerization temperature favors the formation of vinylpolybutadiene and cis-polybutadiene at the expense of the formation of trans-polybutadiene. Increasing the amount of vinylpolybutadiene contained in the microstructure or incorporated in the chain is desirable when producing a copolymer that must be soluble in a lubricating oil. Increasing the vinylpolybutadiene Chain formation in the microstructure increases the ethyl branches in the polymer, thereby reducing the occurrence of molecular interactions, melting point and the possibility of polyethylene-type crystallinity, which in turn reduces the possibility of decreasing the solubility of the copolymer additive in a lubricating oil. However, increasing the polymerization temperature above 40°C reduces the amount of possible monomer conversion without introducing too much crosslinking. Accordingly, we have found that the preferred temperature range for emulsion polymerization is 5°C to 40°C to form copolymers which, upon hydrogenation, are effective VI improvers for lubricating oils.

Wir haben auch gefunden, daß das Verhältnis der Konzentration des konjugierten Diolefinmonomers zur Konzentration des Niederalkylacrylat- oder Niederalkylmethacrylat-Monomers in der Monomerzuführung beim Minimieren der Kristallisation vom Polyethylentypus wichtig sein kann, ohne daß eine exzessive Polyacrylat- oder Polymethacrylat-Polarität eingebracht wird. Es kann sein, daß hydrierte Copolymere, welche ein Molverhältnis von Polybutadien zu Polyacrylat oder Polymethacrylat von etwa 2:1 oder weniger als etwa 2,5:1 enthalten, als kommerzielle VI-Verbesserer für Schmieröle nicht wirksam sind. Obgleich diese Copolymere den Viskositätsindex eines Schmieröls verbessern können, neigen die Copolymere dazu, sich bei Lagerung aus der Lösung abzusetzen. Diese Lagerinstabilitat kann eine Funktion einer Polymethylmethacrylat-Polarität oder einer Kristallinität vom Polyethylentypus sein. Hydrierte Copolymere aus Methylmethacrylat und mindestens 71 Molprozent und weniger als 100%, und vorzugsweise weniger als 98%, hydriertes 1,3-Butadien können in Schmieröl löslich, lagerstabil und wirksame VI-Verbesserer für Schmieröle bei geringen Anwendungspegeln sein.We have also found that the ratio of the concentration of the conjugated diolefin monomer to the concentration of the lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate monomer in the monomer feed can be important in minimizing polyethylene-type crystallization without introducing excessive polyacrylate or polymethacrylate polarity. Hydrogenated copolymers containing a molar ratio of polybutadiene to polyacrylate or polymethacrylate of about 2:1 or less than about 2.5:1 may not be effective as commercial VI improvers for lubricating oils. Although these copolymers can improve the viscosity index of a lubricating oil, the copolymers tend to settle out of solution upon storage. This storage instability may be a function of polymethyl methacrylate polarity or polyethylene-type crystallinity. Hydrogenated copolymers of methyl methacrylate and at least 71 mole percent and less than 100%, and preferably less than 98%, hydrogenated 1,3-butadiene can be lubricating oil soluble, storage stable, and effective VI improvers for lubricating oils at low application levels.

Wenn die Anzhl der Kohlenstoffatome pro Molekül in der Alkylgruppe des Niederalkylacrylat- oder des Niederalkylmethacrylatmonomers erhöht wird, kann die erforderliche Konzentration des Diolefinmonomers in der Monomerzuführung auf unter 71 Molprozent verringert werden, ohne daß die Löslichkeit und die Lagerstabilität des hydrierten Copolymers in einem Schmieröl nachteilig beeinflußt werden. Ein Verringern der Diolefinmonomerkonzentration auf unterhalb 71 Molprozent verringert jedoch die Wirksamkeit des Copolymers als ein VI-Verbesserer. Wenn der Diolefingehalt in der Monomerzuführung auf etwas geringer als 71 Molprozent verringert wird, kann ein Gemisch aus Alkylacrylat- und -methacrylatmonomeren mit einer geringen Anzahl von Kohlenstoffen, wo die Alkylgruppe acht oder weniger Kohlenstoffatome pro Molekül enthält, wie z.B. Methylacrylat und Methylmethacrylat, zur Herstellung eines hydrierten Copolymers verwendet werden, welches löslich ist, lagerstabil ist und welches als ein VI-Verbesserer wirksam ist.If the number of carbon atoms per molecule in the alkyl group of the lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate monomer is increased, the required concentration of the diolefin monomer in the monomer feed can be reduced to below 71 mole percent without adversely affecting the solubility and storage stability of the hydrogenated copolymer in a lubricating oil. However, reducing the diolefin monomer concentration to below 71 mole percent reduces the effectiveness of the copolymer as a VI improver. If the diolefin content in the monomer feed is reduced to slightly less than 71 mole percent, a mixture of low carbon alkyl acrylate and methacrylate monomers where the alkyl group contains eight or fewer carbon atoms per molecule, such as methyl acrylate and methyl methacrylate, can be used to produce a hydrogenated copolymer which is soluble, storage stable and which is effective as a VI improver.

Das Molekulargewicht der Copolymeren vor einer Hydrierung kann in einem weiten Bereich von Molekulargewichten, zum Beispiel von etwa 100.000 bis etwa 10.000.000 Gewichtsmittel des Molekulargewichts und von etwa 10.000 bis etwa 5.000.000 Zahlenmittel des Molekulargewichts, schwanken. Das Molekulargewicht des Copolymers kann vorzugsweise durch den Einschluß verschiedenster Kettenübertragungsmittel mit einer Schwefelwasserstoffbindung, wie z.B. n-Dodecylmercaptan, t-Dodecylmercaptan, t-Butylmercaptan n-Hexylmercaptan und dergleichen, gesteuert werden, wobei das Monomergemisch während des Copolymerisationsverfahrens in Konzentrationen von etwa 0,1% bis zu etwa 0,4% des Gewichts der Gesamtmonomeren vorliegt. Weniger aktive Kettenübertragungsmittel, wie z.B. p-Diisopropylbenzol, Toluol und N-Öl 100, können auch in Konzentrationen von etwa 5 bis 10% verwendet werden. N-Öl bezeichnet ein neutrales Öl, welches keine Additive enthält und durch Vakuumfriktionierung eines Destillats von rohem Erdöl mit einem Schnitt bei 375-550ºC, gefolgt von einer Entfärbung und von einem Entwachsen, hergestellt wird. Das Präfix, d.h. 100 oder 150, bezieht sich auf die Saybolt-Viskositat (Saybolt Universal Seconds [SUS]) bei einer spezifizierten Temperatur, d.h. 37,8ºC (100ºF) bzw. 65,6ºC (150ºF).The molecular weight of the copolymers prior to hydrogenation can vary within a wide range of molecular weights, for example from about 100,000 to about 10,000,000 weight average molecular weight and from about 10,000 to about 5,000,000 number average molecular weight. The molecular weight of the copolymer can preferably be controlled by the inclusion of various chain transfer agents having a hydrogen sulfide bond, such as n-dodecyl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, t-butyl mercaptan, n-hexyl mercaptan and the like, wherein the monomer mixture is present during the copolymerization process in concentrations of from about 0.1% to about 0.4% by weight of total monomers. Less active chain transfer agents such as p-diisopropylbenzene, toluene and N-oil 100 may also be used in concentrations of from about 5 to 10%. N-oil refers to a neutral oil containing no additives and prepared by vacuum frictional treatment of a crude petroleum distillate with a cut at 375-550ºC followed by decolorization and dewaxing. The prefix, i.e. 100 or 150, refers to the Saybolt viscosity (Saybolt Universal Seconds [SUS]) at a specified temperature, i.e. 37.8ºC (100ºF) or 65.6ºC (150ºF), respectively.

Wenn die Konzentration des Diolefinmonomers im Monomergemisch, welches polymerisiert werden soll, 71 Molprozent überschreitet, ist ein Abdriften der Zusammensetzung, das ist die Differenz zwischen der Zusammensetzung des Monomergemisches und der Zusammensetzung des erhaltenen Copolymers, nicht signifikant. Die Zusammensetzung des erhaltenen Copolymers kann sich nahe an die Zusammensetzung des Monomergemisches annahern. Das Fehlen eines signifikanten Abdriftens der Zusammensetzung gestattet, daß die Copolymerisation zu hohen Umsetzungen fortschreitet, in der Größenordnung von 70-90% der gesamten Umsetzung, ohne daß der Bedarf zum Variieren der Zusammensetzung des Monomergemisches besteht, welches während der Copolymerisation (veränderliche Zuführungszugabe) oder der programmierten Copolymerisation zu einer geringen Umsetzung zugegeben wird, wie im Stand der Technik gelehrt wird. Während eine vollständige Umsetzung ohne variable Zuführungszugabe möglich ist, ist dies nicht wünschenswert, weil nahe einer vollständigen Umsetzung ein beträchtliches Vernetzen des Copolymers auftreten kann. Ein beträchtliches Vernetzen des Copolymers mit hohem Molekulargewicht ist unerwünscht, da es das nachfolgende Handhaben des Copolymers äußerst erschwert. Ein mäßiges Vernetzen des Copolymers mit hohem Molekulargewicht, bestimmt durch ein reziprokes Quellvolumen von weniger als etwa 0,01 bis 0,05 im Lösungsmittel, kann toleriert werden, da ein solches maßiges Vernetzen nicht zu einem Copolymer führt, welches nach Filtration nicht gehandhabt werden kann, um das vernetzte Polymer zu entfernen, oder nach anschließendem Abbau zu einem geringeren Molekulargewicht. Es ist jedoch erwünscht, das Ausmaß der Copolymerisation zu maximieren, während das Vernetzen minimiert wird, um ein im wesentlichen lösliches Copolymer zu bilden.When the concentration of diolefin monomer in the monomer mixture to be polymerized exceeds 71 mole percent, composition drift, that is the difference between the composition of the monomer mixture and the composition of the resulting copolymer, is not significant. The composition of the resulting copolymer can closely approximate the composition of the monomer mixture. The lack of significant composition drift allows the copolymerization to proceed to high conversions, on the order of 70-90% of the total conversion, without the need to vary the composition of the monomer mixture added during copolymerization (variable feed addition) or programmed copolymerization to low conversion as taught in the prior art. While complete conversion is possible without variable feed addition, this is not desirable because significant crosslinking of the copolymer can occur near complete conversion. Significant crosslinking of the high molecular weight copolymer is undesirable because it makes subsequent handling of the copolymer extremely difficult. Moderate crosslinking of the high molecular weight copolymer, as determined by a reciprocal swelling volume of less than about 0.01 to 0.05 in solvent, can be tolerated because such moderate crosslinking does not result in a copolymer that cannot be handled after filtration to remove the crosslinked polymer or to a lower molecular weight after subsequent degradation. However, it is desirable to maximize the extent of copolymerization while minimizing crosslinking to form a substantially soluble copolymer.

Die Copolymersubstrate mit hohem Molekulargewicht, die in dieser Erfindung verwendet werden, können katalytisch hydriert werden, um ein hydriertes, den VI verbesserndes Copolymer zu bilden. Das Copolymer kann durch Extraktion direkt aus einer wäßrigen Emulsion in ein Hydrierungslösungsmittel übertragen werden, wenn das Copolymer durch ein Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt wurde. Alternativ kann das Copolymer aus der Emulsion gefällt und getrocknet werden, bevor es im Hydrierungslösungsmittel erneut gelöst wird. Auch Kombinationen von Extraktion und Fällung können angewendet werden, um das Copolymer zu isolieren und es in das Hydrierungslösungsmittel zu übertragen. Das Hydrierungslösungsmittel ist jedes inerte aromatische oder gesättigte Wasserstofflösungsmittel, in welchem sich das Copolymer lösen kann, wie z.B. Toluol, Cyclohexan, Benzol, Xylol, Methylcyclohexan, Tetralin, Decalin t-Butylbenzol, Dimethylcyclohexan, Ethylbenzol und dergleichen. Ein Material, welches Wasserstoff spenden kann, wie z.B. Wasserstoffgas oder Cyclohexen, Tetralin, Limonen, Vinylcyclohexen und dergleichen, und ein Katalysator werden der Copolymerlösung in einem Reaktor unter einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 25-40ºC zugegeben. Wasserstoff ist das bevorzugte Material zum Spenden von Wasserstoff. Wenn Wasserstoffgas verwendet wird, ist der bevorzugte Hydrierungskatalysator eine Lösung eines wasserfreien Nickel-, Eisen- oder Kobaltsalzes, wie z.B. Nickel-di(2-ethylhexanoat), ein Anion von Pentandion, Nickel-di(2-ethylbexanoat), Nickel-(cyclohexanbutyrat) oder Nickel-di(naphthenat) und dergleichen. Nickeldi(acetylacetonat) und Triethylaluminium, ein Reduktionsmittel, in Toluol ist das bevorzugte Hydrierungskatalysatorsystem, wenn Wasserstoffgas verwendet wird. Andere Reduktionsmittel, welche mit den Hydrierungskatalysatoren verwendet werden können, sind z.B. Triisobutylaluminium, n-Butyllitnium und Trimethylaluminium. Wenn ein anderes Wasserstoffspendermaterial als Wasserstoffgas verwendet wird, kann ein Katalysator, welcher etwa 10 Gew.-% eines Metalls aus der Gruppe VIII, wie z.B. Palladium, Platin, Nickel und dergleichen auf einem Kohlesubstrat entnält, als der Hydrierungskatalysator verwendet werden.The high molecular weight copolymer substrates used in this invention can be catalytically hydrogenated to form a hydrogenated VI improving copolymer. The copolymer can be transferred by extraction directly from an aqueous emulsion into a hydrogenation solvent if the copolymer was prepared by an emulsion polymerization process. Alternatively, the copolymer can be precipitated from the emulsion and dried before being redissolved in the hydrogenation solvent. Combinations of extraction and precipitation can also be used to isolate the copolymer and transfer it to the hydrogenation solvent. The hydrogenation solvent is any inert aromatic or saturated hydrogen solvent in which the copolymer can dissolve, such as toluene, cyclohexane, benzene, xylene, methylcyclohexane, tetralin, decalin, t-butylbenzene, dimethylcyclohexane, ethylbenzene and the like. A material capable of donating hydrogen, such as hydrogen gas or cyclohexene, tetralin, limonene, vinylcyclohexene and the like, and a catalyst are added to the copolymer solution in a reactor under a nitrogen atmosphere at about 25-40°C. Hydrogen is the preferred material for donating hydrogen. When hydrogen gas is used, the preferred hydrogenation catalyst is a solution of an anhydrous nickel, iron or cobalt salt, such as nickel di(2-ethylhexanoate), an anion of pentanedione, nickel di(2-ethylhexanoate), nickel (cyclohexanebutyrate) or nickel di(naphthenate) and the like. Nickel di(acetylacetonate) and triethylaluminum, a reducing agent, in toluene is the preferred hydrogenation catalyst system when hydrogen gas is used. Other reducing agents which can be used with the hydrogenation catalysts include triisobutylaluminum, n-butyllithium and trimethylaluminum. When a hydrogen donor material other than hydrogen gas is used, a catalyst containing about 10 wt.% of a Group VIII metal such as palladium, platinum, nickel and the like on a carbon substrate can be used as the hydrogenation catalyst.

Der Reaktor, welcher das Polymer, das Wasserstoffspendermaterial und die Katalysatorlösung enthält, wird auf etwa 2,05 bar bis zu etwa 69,96 bar (etwa 15 psig bis 1000 psig), vorzugsweise 7,91 bar bis 28,59 bar (100 psig bis 400 psig), unter Druck gesetzt. Die Reakanten und der Katalysator werden gerühüt und auf zwischen 40ºC und 120ºC erwärmt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird sich um etwa 10-30º als Ergebnis der exotnermen Natur der Hydrierungsreaktion erhöhen. Die Hydrierungsreaktion ist beendet, wenn weniger als 5% Ungesättigtheit und vorzugsweise weniger als 2% Ungesättigtheit zurückbleibt, was mittels NMR- und/oder IR-Spektren bestimmt wird. Das im wesentlichen vollständig hydrierte Copolymer wird von Katalysatorresten befreit, indem es mit einer Säure, zum Beispiel Zitronen- oder Salzsäure, gewaschen wird. Aus dem Polymer werden dann Lösungsmittel und flüchtige Bestandteile abgestreift (schnell destilliert), und das Polymer wird durch Zugabe zu neutralem Öl vorzugsweise formuliert, um eine Ölzusammensetzung in der Form einer Lösung des hydrierten, VI-verbessernden Copolymers in Öl bereitzustellen. Auch ein festes, 100% hydriertes Copolymer kann hergestellt und direkt einem Schmieröl zugegeben werden; ein Konzentrat in N-Öl ist jedoch der übliche Weg, das Polymer bereitzustellen, da es auf einfäche Weise zu handhaben ist und es sich in einem Schmieröl schnell löst.The reactor containing the polymer, hydrogen donor material and catalyst solution is pressurized to about 2.05 bar to about 69.96 bar (about 15 psig to 1000 psig), preferably 7.91 bar to 28.59 bar (100 psig to 400 psig). The reactants and catalyst are stirred and heated to between 40°C and 120°C. The temperature of the reaction mixture will increase by about 10-30° as a result of the exothermic nature of the hydrogenation reaction. The hydrogenation reaction is complete when less than 5% unsaturation and preferably less than 2% unsaturation remains as determined by NMR and/or IR spectra. The substantially fully hydrogenated copolymer is freed of catalyst residues by washing with an acid, for example citric or hydrochloric acid. The polymer is then stripped of solvents and volatiles (quick distilled) and the polymer is formulated by addition to neutral oil, preferably to provide an oil composition in the form of a solution of the hydrogenated VI-improving copolymer in oil. A solid 100% hydrogenated copolymer can also be prepared and added directly to a lubricating oil; however, a concentrate in N-oil is the usual way of providing the polymer because of its ease of handling and its rapid dissolving in a lubricating oil.

Wenn polymere VI-Verbesserer starken mechanischen Belastungen von Betriebsgeräten ausgesetzt werden, kann das Polymer abgebaut werden, was den günstigen Einfluß verringert, welchen solche Additive auf Viskosität/Temperatur-Eigenschaften eines Schmiermittels ausüben. Polymere, welche dieser Neigung gegenüber, im Betrieb mechanisch abzubauen, resistent sind, sollen eine gute Scherstabilität aufweisen. Die Fähigkeit eines VI-Verbesserers, bei Verwendung einem mechanischen Abbau gegenüber resistent zu sein, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, von welchen einer das Molekulargewicht ist. Ein Polymer mit sehr hohem Molekulargewicht wird, obwohl es anfanglich eine hohe wirksame Kontrolle auf die Viskosität/Temperatur-Eigenschaften ausübt, im Betrieb außerordentlich abgebaut und verliert auf diese Weise viel oder sogar seine gesamte Wirkung.When polymeric VI improvers are subjected to severe mechanical stresses from operating equipment, the polymer may degrade, reducing the beneficial effect such additives have on the viscosity/temperature properties of a lubricant. Polymers that are resistant to this tendency to mechanically degrade in service are said to have good shear stability. The ability of a VI improver to resist mechanical degradation in use depends on a number of factors, one of which is molecular weight. A very high molecular weight polymer, although initially exerting highly effective control over viscosity/temperature properties, will degrade excessively in service and thus lose much or even all of its effectiveness.

Die hydrierten, nicht vorher abgebauten Copolymersubstrate, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können ebenso ein hohes Molekulargewicht aufweisen, um verwendbar zu sein, sogar obwohl sie gute VI-Verbesserer sind, das heißt daß sie eine schlechte Scherstabilität aufweisen. Mittel, das Molekulargewicht auf einen zwecksmäßigen Bereich, wo die Scherstabilität gut ist, herunterzubringen, sind leicht verfügbar. Es ist lediglich ein mechanischer Abbau oder ein Schallabbau des Produktes erforderlich, um das Molekulargewicht auf das bevorzugte Molekulargewicht einzustellen.The hydrogenated, non-predegraded copolymer substrates used in the present invention may also have a high molecular weight to be useful, even though they are good VI improvers, i.e., they have poor shear stability. Means of bringing the molecular weight down to a convenient range where shear stability is good are readily available. Only mechanical or sonic degradation of the product is required to adjust the molecular weight to the preferred molecular weight.

Das Copolymer kann durch mechanischen Abbau oder durch Schallabbau abgebaut werden, um seine Scherstabilität zu verbessern, indem sein Molekulargewicht auf den erwünschten Bereich von etwa 60.000 bis etwa 1,6 x 10&sup6; Gewichtsmittel des Molekulargewichts und etwa 20.000 bis etwa 400.000 Zahlenmittel des Molekulargewichts entweder vor oder nach der Hydrierung verringert wird. Das bevorzugte Gewichtsmittel des Molekulargewichts ist 80.000 bis eine Million.The copolymer can be degraded by mechanical degradation or by sonic degradation to improve its shear stability by reducing its molecular weight to the desired range of about 60,000 to about 1.6 x 106 weight average molecular weight and about 20,000 to about 400,000 number average molecular weight either before or after hydrogenation. The preferred weight average molecular weight is 80,000 to one million.

Jedes Mittel zum Abbauen ist akzeptabel, wie zum Beispiel in einer Getriebepumpe oder einem Extruder, aber eine Homogenisierung ist bevorzugt. In einem Homogenisierungsverfahren wird das Polymer unter sehr hohem Druck durch ein Gerät gezwungen, welches verschieden gestaltete Drosselventile und enge Öffnungen verwendet. Ein solches Gerät kann Scherraten von 5.000 sek&supmin;¹ und mehr bevorzugt etwa 10.000 und etwa 1.000.000 sek&supmin;¹ erzeugen. Kommerzielle Geräte, wie z.B. jene, die von Manton-Gaulin Manufacturing Company hergestellt werden, oder Modifikationen davon, können angewendet werden. Eine solche Anlage kann bei Drücken von bis zu etwa 1,379 bar (etwa 20.000 psi) betrieben werden, um die nötige Scherbelastung zu erzeugen. Das Homogenisierungsverfahren kann entweder chargenweise oder kontinuierlich angewendet werden, was vom Ausmaß des erwünschten Abbaues abhängig ist.Any means of degradation is acceptable, such as in a gear pump or extruder, but homogenization is preferred. In a homogenization process, the polymer is forced under very high pressure through a device that uses variously designed throttle valves and narrow orifices. Such a device can produce shear rates of 5,000 sec-1 and more, preferably about 10,000 and about 1,000,000 sec-1. Commercial devices such as those manufactured by Manton-Gaulin Manufacturing Company or modifications thereof can be used. Such equipment can be operated at pressures up to about 1,379 bar (about 20,000 psi) to produce the necessary shear stress. The homogenization process can be applied either batchwise or continuously, depending on the extent of degradation desired.

Die Scherstabilität eines VI-Verbesserers wird mittels eines Schallschertests (ÄSTM D-2603) bestimmt. Die hier verwendete Messung der Scherstabilität sind die Prozent Scherverlust in der Viskosität des Öls, der dem Polymer zuzuschreiben ist, abgekürzt als % SLDTP. Je geringer die % SLDTP sind, desto stabiler und resistenter ist das Additiv gegen einen Scherabbau.The shear stability of a VI improver is determined using a sonic shear test (ÄSTM D-2603). The shear stability measurement used here is the percent shear loss in the viscosity of the oil attributable to the polymer, abbreviated as % SLDTP. The lower the % SLDTP, the more stable and resistant the additive is to shear degradation.

Der VI eines Schmieröls ist ein Maß der Geschwindigkeit der Viskositätsändernng eines Schmieröls mit der Temperatur. Je höher der VI ist, desto geringer ist die Tendenz, daß sich die Viskosität des Öls als eine Funktion der Temperatur ändert. Der VI oder der VIe wird aus den Viskositäten des Öls bei 37,8ºC (100ºF) und 98,9ºC (2 10ºF) gemäß dem ASTM-Test D567 oder D2270 bestimmt. Der Test D2270 wird angewendet, um einen VI oberhalb 100 zu bestimmen, und diese VIs werden als VIe berichtet.The VI of a lubricating oil is a measure of the rate of viscosity change of a lubricating oil with temperature. The higher the VI, the less tendency the viscosity of the oil will change as a function of temperature. The VI or VIe is determined from the viscosities of the oil at 37.8ºC (100ºF) and 98.9ºC (2 10ºF) according to ASTM test D567 or D2270. The D2270 test is used to determine a VI above 100 and these VIs are reported as VIe.

Die Verbesserung in der Viskosität, die mit einem Polymeradditiv erzielt wird, muß auch in Verbindung mit der Menge des Polymers, welche dem Schmieröl zugegeben wird, um die erwünschte VI-Verbesserung zu erzielen, ausgewertet werden. Je höher der Viskositätsindex ist, der beim niedrigsten Prozentsatz an Polymer, das dem Schmieröls zugegeben wird, erzielt wird, desto wirksamer ist das Polymeradditiv als ein VI-Verbesserer.The improvement in viscosity achieved with a polymer additive must also be evaluated in conjunction with the amount of polymer added to the lubricating oil to achieve the desired VI improvement. The higher the viscosity index achieved at the lowest percentage of polymer added to the lubricating oil, the more effective the polymer additive is as a VI improver.

Auch die Viskosität eines Schmieröls bei niedriger Temperatur ist beim Bestimmen der Wirksamkeit eines VI-Verbesserers wichtig. Die Viskosität eines Schmieröls bei niedriger Temperatur wird durch seine Pumpgrenztemperatur (BPT) bestimmt. Diese BPT ist die niedrigste Temperatur, bei welcher das Schmieröl, welches den VI-Verbesserer entnält, vom Ölsumpf unterhalb des Motors vertikal zum Ventilniveau und anderen Teilen, die ein Schmieren erfordern, gepumpt werden kann. Die BPT wird mittels eines Minirotationsviskosimetertests (ASTM D-3829) gemessen und bildet einen Teil der Klassifikation von SAE Viscosity Grades for Engine Oils von SAE J-300, Sept. 80.The viscosity of a lubricating oil at low temperature is also important in determining the effectiveness of a VI improver. The viscosity of a lubricating oil at low temperature is by its pumping limit temperature (BPT). This BPT is the lowest temperature at which the lubricating oil containing the VI improver can be pumped vertically from the oil sump beneath the engine to the valve level and other parts requiring lubrication. The BPT is measured using a mini-rotary viscometer test (ASTM D-3829) and forms part of the classification of SAE Viscosity Grades for Engine Oils of SAE J-300, Sept. 80.

Ölzusammensetzungen gemäß der Erfindung weisen vorzugsweise eine Grenzpumptemperatur von weniger als -30ºC auf und können einem mechanischen Scherabbau und einem thermischen Abbau gegenüber stabil sein.Oil compositions according to the invention preferably have a limit pumping temperature of less than -30°C and may be stable to mechanical shear degradation and thermal degradation.

Wir haben gefünden, daß die hydrierten Copolymersubstrate, die in dieser Erfindung verwendet werden, eine zweckmäßige VI-Verbesserung bei Schmierölen bei niedrigen Verwendungspegeln vorsehen, während geringe BPTs und geringe % SLDPT vorgesehen werden. Tatsächlich haben Vergleichstests mit herkömmlichen Schmieröladditiven gezeigt, daß die hydrierten Copolymere einen Mischvorteil von 3545% (geringe Verwendungspegel) gegenüber herkömmlichen Polymethacrylat-VI-Verbesserern mit vergleichbarem VI, % SLDPT und BPT bieten. Darüber hinaus besitzen die hydrierten Copolymere eine bessere Scherstabilität (% SLDPT) und eine bessere Viskosität bei tiefer Temperatur (BPT) als herkömmliche Ethylen/Propylen-Copolymer-VI-Verbesserer bei geringeren Verwendungspegeln in Schmierölen, als sie mit Etnylen/Propylen-Copolymeren verwendet werden. Zusätzlich können die hydrierten Copolymere auch eine verbesserte thermische oder oxidative Stabilität gegenüber bekannten VI-Verbesserern, bestimmt mittels einer standard-thermo-gravimetrischen Analysetechnik, in Luft oder Stickstoff aufweisen.We have found that the hydrogenated copolymer substrates used in this invention provide useful VI improvement in lubricating oils at low use levels while providing low BPTs and low % SLDPT. In fact, comparative testing with conventional lubricating oil additives has shown that the hydrogenated copolymers provide a blending advantage of 35-45% (low use levels) over conventional polymethacrylate VI improvers with comparable VI, % SLDPT and BPT. In addition, the hydrogenated copolymers have better shear stability (% SLDPT) and better low temperature viscosity (BPT) than conventional ethylene/propylene copolymer VI improvers at lower use levels in lubricating oils than are used with ethylene/propylene copolymers. In addition, the hydrogenated copolymers may also exhibit improved thermal or oxidative stability over known VI improvers, as determined by a standard thermo-gravimetric analysis technique, in air or nitrogen.

Die Copolymersubstrate, die in dieser Erfindung verwendet werden, können modifiziert sein, um multifunktionelle Mittel zur Herabsetzung des Stockpunktes und dispergierende VI-Verbesserer für Schmieröle und Dispergiermittel für Kohlenwasserstofftreibstoffe zu bilden. Der Stockpunkt ist die niedrigste Temperatur (ºF), bei welcher ein Öl fließt (ASTM D-97), und ist eine wichtige Größe beim Kaltstart. Ein Mittel zur Herabsetzung des Stockpunkts setzt den Stockpunkt eines Schmieröls herab, so daß es bei einer niedrigeren Temperatur stockt. Die Copolymersubstrate können modifiziert werden, um eine Herabsetzbarkeit des Stockpunktes vorzusehen, indem höhere Alkyl(C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub0;)methacrylate und Gemische davon, zum Beispiel in einer Menge von 5 bis etwa 100 Molprozent, bezogen auf den Prozentsatz von Gesamtmethacrylaten, in das Monomergemisch der Polymerisationszuführung aufgenommen werden. Die bevorzugten höheren Alkylmethacrylate, die verwendet werden, um den Copolymeren dieser Erfindung eine Herabsetzbarkeit des Stockpurtktes zu verleihen, sind z.B. Gemische von C&sub1;&sub6;-C&sub2;&sub0;-(Cetyl, Stearyl und Eicosyl)Methacrylaten, C&sub1;&sub2;-C&sub1;&sub5;-(Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl)Methacrylaten und ihre Gemische. Gemische von Alkoholen mit einer hohen Kohlenstoffanzahl, abgeleitet von natürlichen Quellen, können auch verwendet werden.The copolymer substrates used in this invention can be modified to form multifunctional pour point depressants and dispersant VI improvers for lubricating oils and dispersants for hydrocarbon fuels. Pour point is the lowest temperature (°F) at which an oil will flow (ASTM D-97) and is an important parameter in cold start-up. A pour point depressant lowers the pour point of a lubricating oil so that it will pour at a lower temperature. The copolymer substrates can be modified to provide pour point depressability by incorporating higher alkyl (C12-C20) methacrylates and mixtures thereof, for example in an amount of from 5 to about 100 mole percent based on the percentage of total methacrylates, into the monomer mixture of the polymerization feed. The preferred higher alkyl methacrylates used to impart stock reduction capability to the copolymers of this invention include mixtures of C16-C20 (cetyl, stearyl and eicosyl) methacrylates, C12-C15 (dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl) methacrylates and mixtures thereof. Mixtures of high carbon number alcohols derived from natural sources may also be used.

Die Copolymerisationstechnik und das Hydrierungsverfahren, die angewendet werden, um diese den Stockpunkt herabsetzenden VI-Verbesserer herzustellen, können im wesentlichen hinsichtlich der Herstellung der hydrierten Diolefin/Niederalkylacrylat- oder Niederalkylmethacrylat-VI-verbessernden Copolymere identisch sein. Eine Hydrierung eines den Stockpunkt herabsetzenden Copolymers erfordert jedoch die Verwendung von etwa dem 1,5- bis etwa 2-fächen der Menge des Katalysators, die zur Hydrierung von VI-Copolymeren mit Einzelfunktion erforderlich ist. Die erhaltenen hydrierten, den Stockpunkt herabsetzenden, VI-verbessernden Copolymere können bis zu etwa 5% Ungesättigtheit entnalten, ohne daß die Löslichkeit und die thermische und die oxidative Stabilität des Copolymers im Schmieröl nachteilig becnflußt werden. Die hydrierten, den Stockpunkt herabsetzenden VI-Verbesserer können hohe Viskositätsindices (VIes) aufweisen, können aber geringfügig weniger scherstabil (% SLDPT) sein, als die den Stockpunkt nicht herabsetzenden, VI-verbessernden Copolymere. Die Anwendungspegel, die erforderlich sind, um hohe VIe zu erzielen, sind signifikant geringer als die Pegel, die für Polymethacrylate erforderlich sind, und sind den Verwendungspegeln, die für herkömmliche Etnylen/Propylen-Copolymeradditive gefordert werden, vergleichbar oder geringfügig höher als diese. Der Stockpunkt eines Basisöls kann um mindestens 2,78ºC (5ºF) und bis zu etwa 19,44ºC (35ºF) signifikant verringert werden, indem dem Öl verschiedene Mengen des den Stockpunkt herabsetzenden, VI-verbessernden Copolymers zugegeben werden.The copolymerization technique and hydrogenation process used to prepare these pour point depressant VI improvers may be substantially identical to that used to prepare the hydrogenated diolefin/lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate VI improver copolymers. Hydrogenation of a pour point depressant copolymer requires however, the use of about 1.5 to about 2 times the amount of catalyst required to hydrogenate single function VI copolymers. The resulting hydrogenated pour point depressant VI improver copolymers can contain up to about 5% unsaturation without adversely affecting the solubility and thermal and oxidative stability of the copolymer in the lubricating oil. The hydrogenated pour point depressant VI improvers can have high viscosity indices (VIes) but can be slightly less shear stable (% SLDPT) than the non-pour point depressant VI improver copolymers. The application levels required to achieve high VIe are significantly lower than the levels required for polymethacrylates and are comparable to or slightly higher than the application levels required for conventional ethylene/propylene copolymer additives. The pour point of a base oil can be significantly reduced by at least 2.78ºC (5ºF) and up to about 19.44ºC (35ºF) by adding various amounts of the pour point depressant, VI-improving copolymer to the oil.

Die VI-verbessernden Copolymersubstrate sind modifiziert, um Dispergierbarkeit aufzunehmen. Die dispergierenden, VI-verbessernden Copolymere und die dispergierenden, den Stockpunkt herabsetzenden VI-Verbesserer gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mit einem herkömmlichen, mit freien Radikalen initiierten Pfropfpolymerisationsprozeß eines polaren, Stickstoff-entnaltenden Pfropfmonomers, zum Beispiel N-Vinylpyrrolidon und 2- oder 4-Vinylpyridin, auf das hydrierte Copolymerrückgrat oder -substrat hergestellt. Andere mögliche Pfropfmonomere sind z.B. N,N- Dimethylaminoethylacrylat oder -methacrylat, 2-Methyl-5-vinylpyridin, Vinylimidazol und t-Butylaminoethylacrylat oder -methacrylat.The VI-improving copolymer substrates are modified to incorporate dispersibility. The dispersing VI-improving copolymers and the dispersing pour point depressing VI improvers of the present invention are preferably prepared by a conventional free radical initiated graft polymerization process of a polar nitrogen-containing graft monomer, for example N-vinylpyrrolidone and 2- or 4-vinylpyridine, onto the hydrogenated copolymer backbone or substrate. Other possible graft monomers include N,N-dimethylaminoethyl acrylate or methacrylate, 2-methyl-5-vinylpyridine, vinylimidazole and t-butylaminoethyl acrylate or methacrylate.

Ein bevorzugtes Pfropfpolymerisationsverfahren wird unten beschrieben.A preferred graft polymerization process is described below.

Das Copolymer wird in einem geeigneten inerten Lösungsmittel, wie z.B. blasses Neutralöl oder die höheren Alkylisobutyrate, die von der Hydrierung von höheren Alkylmethacrylaten stammen, in einer Polymerkonzentration von etwa 15 bis etwa 80 Gew.-% gelöst. Andere Lösungsmittel für die Pfropfreaktion sind z.B. chlorierte Aromaten, wie z.B. Chlorbenzol o-Dichlorbenzol, 1,2,4-Trichlorbenzol oder alpha-Chlornaphtnalin, t-Butylbenzol, weißes Polymerisationsöl, Cyclohexan und dergleichen. Es kann auch möglich sein, die Pfropfpolymerisation bei Abwesenheit von Lösungsmittel und unter Anwendung eines innigen Mischens mit hoher Intensität, wie in einem Banbury-Mixer, Sigma- Schaufelmixer oder einem Extruder, welche herkömmlicherweise verwendet werden, um Kautschuke zu mischen, durchzuführen. Die erhaltenen Pfropfcopolymere konnten mit einem sehr hohen Feststoffgehalt in der Größenordnung von etwa 80% erhalten werden.The copolymer is dissolved in a suitable inert solvent such as pale neutral oil or the higher alkyl isobutyrates derived from the hydrogenation of higher alkyl methacrylates, at a polymer concentration of about 15 to about 80 weight percent. Other solvents for the grafting reaction include chlorinated aromatics such as chlorobenzene, o-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene or alpha-chloronaphthalene, t-butylbenzene, white polymerization oil, cyclohexane and the like. It may also be possible to carry out the graft polymerization in the absence of solvent and using intimate, high intensity mixing such as in a Banbury mixer, Sigma paddle mixer or an extruder, which are conventionally used to mix rubbers. The resulting graft copolymers were obtained with a very high solids content in the order of about 80%.

Dann wird die Polymerlösung gerührt und auf etwa 110ºC erwärmt. Dann wird das Pfropfinonomer in die Polymerlösung gemischt. Die Konzentration des Pfropfmonomers ist etwa 2 bis etwa 10 Gew.-% des hydrierten Copolymers. Ein Freiradikalinitiator, der eine Zersetzungstemperatur besitzt, die höher als die Temperatur der Polymerlösung ist, wird dann dem Polymer und der Pfropfmonomerlösung zugegeben. Die Konzentration des Freiradikalinitiators ist etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% des hydrierten Copolymers. Die Losung aus hydriertem Copolymer, Lösungsmittel, Pfropfmonomer und Freiradikali nitiator wird innig gemischt. Dann wird die Reaktionstemperatur allmählich auf oder über die Zersetzungstemperatur des Initiators angehoben. Im Fall eines t-Butylperbenzoatinitiators wird die Temperatur auf etwa 120-140º angehoben. Dann wird die Temperatur gehalten oder weiter auf etwa 140-150ºC gesteigert, um die Pfropfpolymerisationsreaktion zu beenden. Die Reaktion dauert in der Regel etwa eine bis zwei Stunden. Das Reaktionsprodukt wird typischerweise im wesentlichen kein Gel und etwa 0,05 bis 0,5 Gew.-% homopolymerisierte Pfropfmonomere in der Form einer Trübung, und vorzugsweise weniger als etwa 0,05 bis 0,1 Gew.-%, enthalten. Jegliches Gel, welches gebildet wird, wird durch Filtration oder durch Zentrifugation entfernt. Die fertige, statistisch gepfropfte Polymerlösung entnält etwa 15 bis etwa 60 Gew.-% Feststoffe und von etwa 0,2 bis etwa 1,0% Stickstoff (Kjeldahl-Analyse). Das fertige Pfropfcopolymer kann in einer Öllösung weiter verdünnt werden, um das Handhaben zu erleichtem.The polymer solution is then stirred and heated to about 110°C. The graft monomer is then mixed into the polymer solution. The concentration of the graft monomer is about 2 to about 10 weight percent of the hydrogenated copolymer. A free radical initiator having a decomposition temperature higher than the temperature of the polymer solution is then added to the polymer and the graft monomer solution. The concentration of the free radical initiator is about 0.5 to about 2 weight percent of the hydrogenated copolymer. The solution of hydrogenated copolymer, solvent, graft monomer and free radical nitiator is intimately mixed. Then the reaction temperature is gradually raised to or above the decomposition temperature of the initiator. In the case of a t-butyl perbenzoate initiator, the temperature is raised to about 120-140°. Then the temperature is maintained or further increased to about 140-150°C to complete the graft polymerization reaction. The reaction usually takes about one to two hours. The reaction product will typically contain essentially no gel and about 0.05 to 0.5 weight percent homopolymerized graft monomers in the form of a turbidity, and preferably less than about 0.05 to 0.1 weight percent. Any gel which is formed is removed by filtration or by centrifugation. The final randomly grafted polymer solution contains about 15 to about 60 weight percent solids and from about 0.2 to about 1.0 percent nitrogen (Kjeldahl analysis). The finished graft copolymer can be further diluted in an oil solution to facilitate handling.

Der Freiradikalinitiator ist jede Freiradikalquelle, die zur Wasserstoffabstraktion vom hydrierten Copolymerrückgrat in der Lage ist. Beispiele sind Alkylperoxyester, Alkylperoxide, Alkylhydroperoxide, Diacylperoxide und dergleichen. Während t-Butylperbenzoat der bevorzugte Initiator ist, sind andere geeignete Initiatoren z.B. t-Butylperoctat, Di-t-butylperoxid, t-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, Benzoylperoxid und dergleichen.The free radical initiator is any free radical source capable of abstracting hydrogen from the hydrogenated copolymer backbone. Examples include alkyl peroxyesters, alkyl peroxides, alkyl hydroperoxides, diacyl peroxides, and the like. While t-butyl perbenzoate is the preferred initiator, other suitable initiators include t-butyl peroctate, di-t-butyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, benzoyl peroxide, and the like.

Während die Temperatur der Pfropfpolymerisationsreaktion von etwa 80ºC bis etwa 200ºC variieren kann, ist verständlich, daß die gewählte Temperatur von der Zersetzungstemperatur des Initiators sowie der Zusammensetzung des hydrierten Copolymersubstrats und der Pfropfmonomere abhängt. Dementsprechend ist es möglich, die Pfropfreaktion bei einer Temperatur von so niedrig wie 25ºC oder so hoch wie 250ºC durchzuführen.While the temperature of the graft polymerization reaction may vary from about 80°C to about 200°C, it is understood that the temperature selected will depend on the decomposition temperature of the initiator as well as the composition of the hydrogenated copolymer substrate and the grafting monomers. Accordingly, it is possible to conduct the grafting reaction at a temperature as low as 25°C or as high as 250°C.

Das innige Gemisch des Substratcopolymers, der Pfropfmonomere und des Initiators vor dem Anlaufen der Pfropfpolymerisationsreaktion und das Halten der Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Initiators, zumindest während der Zugabe und dem Mischen des Initiators in die Lösung, ist wichtig, um die Bildung von freien Radikalen zu verhindern, bis die Reaktanten vollständig und innig eingemischt sind. Dieses Verfahren eliminiert oder minimiert wesentlich die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, wie z.B. ein Homopolymer, und maximiert das Pfropfen des polaren Stickstoffentnaltenden Monomers auf das hydrierte Copolymersubstrat.Intimately mixing the substrate copolymer, graft monomers and initiator prior to initiating the graft polymerization reaction and maintaining the temperature below the decomposition temperature of the initiator, at least during addition and mixing of the initiator into the solution, is important to prevent the formation of free radicals until the reactants are fully and intimately mixed. This process eliminates or substantially minimizes the formation of undesirable byproducts, such as a homopolymer, and maximizes grafting of the polar nitrogen-containing monomer to the hydrogenated copolymer substrate.

Während der Pfropfreaktion kann jegliches Lösungsmittelmedium zur Herstellung des Pfropfcopolyrners verwendet werden, mit der Maßgabe, daß das Medium den Reaktanten gegenüber im wesentlichen inert ist, das heißt, daß das Medium eine geringe oder keine Fähigkeit zur Kettenübertragung aufweist. Das bevorzugte Lösungsmittel ist ein N-Öl 100; ortho-Dichlorbenzol kann jedoch in eimgen Fällen nützlich sein.During the grafting reaction, any solvent medium can be used to prepare the graft copolymer, provided that the medium is substantially inert to the reactants, that is, the medium has little or no chain transfer ability. The preferred solvent is an N-oil 100; however, ortho-dichlorobenzene may be useful in some cases.

Die Pfropfcopolymere dieser Erfindung sind auch als Dispergiermittel in Treibstoffen brauchbar. Im besonderen neigen Benzin- und Mitteldestillattreibstoffe, wie z.B. Heizungsöle für die Wohnung, Dieseltreibstoffe und Düsentreibstoffe, dazu, beim Stehen oxidativ abzubauen und gummiartige Ablagerungen zu bilden. Die Pfropfcopolymere dieser Erfindung dispergieren solche Ablagerungen und verhindem so die Verschlechterung der Treibstoffqualität.The graft copolymers of this invention are also useful as dispersants in fuels. In particular, gasoline and middle distillate fuels such as home heating oils, diesel fuels and jet fuels tend to oxidatively degrade upon standing and form gummy deposits. The graft copolymers of this invention disperse such deposits and thus prevent deterioration of the fuel quality.

Die Aktivität jedes vorgegebenen Polymers als Dispergiermittel kann mittels eines Asphalt-Dispergierbarkeitstests bestimmt werden. Dieser Test bestimmt das Vermögen des Polymers, Asphalt in einem typischen Mineralöl zu dispergieren. Die Asphaltene werden durch Oxidation eines napbtnenischen Öls mit Luft unter dem Einfluß einer Spur Eisensalz als Katalysator, wie z.B. Eisen(III)naphthalenat, erhalten. Die Oxidation wird zweckmaßigerweise bei 175ºC für annähernd 72 Stunden ausgeführt, indem ein Luftstrom durch ein naphthenisches Öl geschickt wird, um einen Schlamm zu bilden, welcher durch Zentrifügieren abgetrennt werden kann. Dann wird der Schlamm vom Öl befreit, indem er mit Pentan extrahiert wird. Er wird dann mit Chloroform aufgenommen, und die erhaltene Lösung wird auf einen Feststoffgehalt von etwa 2 Gew.-% volumsmäßig eingestellt.The activity of any given polymer as a dispersant can be determined by means of an asphalt dispersibility test. This test determines the ability of the polymer to disperse asphalt in a typical mineral oil. The asphaltenes are obtained by oxidation of a naphthenic oil with air under the influence of a trace iron salt catalyst, such as ferric naphthalenate. The oxidation is conveniently carried out at 175°C for approximately 72 hours by passing a stream of air through a naphthenic oil to form a slurry which can be separated by centrifugation. The slurry is then freed from the oil by extracting it with pentane. It is then taken up with chloroform and the resulting solution is adjusted to a solids content of about 2% by weight by volume.

Wenn ein Polymer auf seine Dispergieraktivität geprüft werden soll, wird es in einem Standardöl, wie z.B. ein mit Lösungsmittel extrahiertes 100 Neutralöl, gelöst. Es können Mischungen hergestellt werden, um Prozentsätze Polymer in Öl zu erreichen, die von etwa 2% bis etwa 0,01% oder tiefer schwanken.When a polymer is to be tested for dispersing activity, it is dissolved in a standard oil, such as a solvent extracted 100% neutral oil. Blends can be made to achieve percentages of polymer in oil varying from about 2% to about 0.01% or lower.

Eine Probe von 10 ml einer Mischung wird mit 2 ml der Standardlösung der Asphaltene in Chloroform behandelt. Die Probe und das Reagens werden in einem Teströhrchen gründlich gemischt, und das Röhrchen wird in einen Umluftofen bei entweder 90ºC oder 150ºC für 2 Stunden gegeben, um flüchtiges Material auszutreiben. Dann wird das Röhrchen abkühlen gelassen, und das Aussehen der Probe wird notiert.A 10 ml sample of a mixture is treated with 2 ml of the standard solution of asphaltenes in chloroform. The sample and reagent are thoroughly mixed in a test tube, and the tube is placed in a forced air oven at either 90ºC or 150ºC for 2 hours to drive off volatile material. The tube is then allowed to cool and the appearance of the sample is noted.

Falls das Polymer eine dispergierende Aktivität besitzt, wird das Öl klar, obgleich gefärbt, erscheinen. Die Erfahrung hat gezeigt daß es, sofern nicht ein Polymer eine dispergierende Aktivität aufweist, im obigen Test bei Konzentrationen unterhalb etwa 2% die Sauberkeit von Motorteilen in den tatsächlichen Motortests nicht verbessert. Falls 2% Polymer in Öl benötigt werden, um den Asphaltdispergierbarkeitstest zu bestehen, wird das Polymer als 1P eingestuft. Falls 1% Polymer in Öl benötigt wird, zu bestehen, wird das Polymer als 2P eingestuft. Bei 0,5% Polymer ist die Einstufung 3P; bei 0,25% ist die Einstufung 4P; bei 0,12% ist die Einstufüng 5P; und bei 0,06% ist die Einstufung 6P.If the polymer has dispersing activity, the oil will appear clear, although colored. Experience has shown that unless a polymer has dispersing activity in the above test, at concentrations below about 2%, it will not improve the cleanliness of engine parts in actual engine tests. If 2% polymer in oil is required to pass the asphalt dispersibility test, the polymer is rated 1P. If 1% polymer in oil is required to pass, the polymer is rated 2P. At 0.5% polymer, the rating is 3P; at 0.25%, the rating is 4P; at 0.12%, the rating is 5P; and at 0.06%, the rating is 6P.

Die dispergierenden, den Stockpunkt herabsetzenden Pfropfcopolymere dieser Erfindung können hohe VIes bei Verwendungspegelkonzentrationen aufweisen, die höher sind, als sie für die hydrierten VI-Verbesserer oder die hydrierten, den Stockpunkt herabsetzenden VI-Verbesserer erforderlich sind, und können auch Asphaltdispergierbarkeitseinstufüngen von 1P bis 6P aufweisen, was anzeigt, daß sie wirksame multifünktionelle, dispergierende, den Stockpunkt herabsetzende VI-Verbesserer für ein Schmieröl sind.The dispersant pour point depressant graft copolymers of this invention can exhibit high VIes at use level concentrations higher than those required for the hydrogenated VI improvers or the hydrogenated pour point depressant VI improvers, and can also exhibit asphalt dispersibility ratings of 1P to 6P, indicating that they are effective multifunctional dispersant pour point depressant VI improvers for a lubricating oil.

Andere Additive können dem Schmieröl, welches die dispergierenden VI-Verbesserer dieser Erfindung enthalten, zugegeben werden, um eine zusätzliche Dispergierbarkeit, eine Kontrolle von Viskosität/Temperatur, eine Herabsetzbarkeit des Stockpunktes, ein Reinigungsvermögen bei hoher Temperatur, eine Rosthemmung, Antiabnützungsmittel, Antioxidantien, Mittel für extremen Druck, Reibungsmodifikatoren, Antischaummittel oder Farbstoffe vorzusehen. Dementsprechend können mit den Produkten dieser Erfindung verwendet werden: Succinimide oder Ester auf Polybutenbasis, phosphosulfurierte Polybutene, Polyacrylate, oder Polymethacrylate, Polyisobutylen, Ethylen/Propylen-Copolymere oder -Terpolymere, hydriertes Styrol/Butadien oder Styrol/Isopren, N-Vinylpyrrolidinon- oder Dimethylaminocthylmethacrylatenthaltende Copolymere mit Methacrylaten, Styrolpolyester, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere oder -Oligomere, Dialkylfumaratpolymere oder copolymere, veresterte Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymere oder -Oligomere, Kohlenwasserstoffwachs/Naphthalat-Kondensat vom Friedel-Crafts-Typus, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Erdalkalisulfonate, Phenate, Alkylate oder Phenatsulfide, Erdalkalialkylnaphthalinsulfonate, Zink- oder andere Dialkylmetalldithiophosphate oder Diarylmetallditniophosphate, Zink-, Cadmium-, Blei-, Molybdän-, oder andere Metalldithiocarbamate, sulfurierte oder phosphosulfurierte Ester oder Terpene, gehinderte Phenole, Phenothiazin oder alkylierte Phenothiazine, Naphthylamine, Phenylendiamine, Dibenzyldisulfid, sulfuriertes Diisobutylen oder Triisobutylen, Trialkyl- oder Triarylphosphate, Tricresylphosphat oder Siliconpolymere und dergleichen.Other additives may be added to the lubricating oil containing the dispersant VI improvers of this invention to provide additional dispersibility, viscosity/temperature control, pour point depressant, high temperature detergency, rust inhibition, antiwear agents, antioxidants, extreme pressure agents, friction modifiers, antifoam agents, or colorants. Accordingly, the following may be used with the products of this invention: polybutene-based succinimides or esters, phosphosulfurized polybutenes, polyacrylates, or polymethacrylates, polyisobutylene, ethylene/propylene copolymers. or terpolymers, hydrogenated styrene/butadiene or styrene/isoprene, N-vinylpyrrolidinone or dimethylaminooctyl methacrylate-containing copolymers with methacrylates, styrene polyesters, ethylene/vinyl acetate copolymers or oligomers, dialkyl fumarate polymers or copolymers, esterified styrene/maleic anhydride copolymers or oligomers, hydrocarbon wax/naphthalate condensate of the Friedel-Crafts type, chlorinated hydrocarbons, alkaline earth metal sulfonates, phenates, alkylates or phenate sulfides, alkaline earth metal alkyl naphthalene sulfonates, zinc or other dialkyl metal dithiophosphates or diaryl metal dithiophosphates, zinc, cadmium, lead, molybdenum or other metal dithiocarbamates, sulfurized or phosphosulfurized esters or Terpenes, hindered phenols, phenothiazine or alkylated phenothiazines, naphthylamines, phenylenediamines, dibenzyl disulfide, sulfurized diisobutylene or triisobutylene, trialkyl or triaryl phosphates, tricresyl phosphate or silicone polymers and the like.

Die folgenden Beispiele werden für Anschauungszwecke präsentiert, wobei alle Teile und Prozentsätze gewichtsmäßig und die Temperaturen in ºC sind, sofern es nicht anders spezifisch angegeben ist. Die Beispiele veranschaulichen die Herstellung hydrierter Copolymere, welche zur Verwendung als das Copolymersubstrat in den Pfropfcopolymeren der Erfindung brauchbar sind, und veranschaulichen auch die Herstellung von Pfropfcopolymeren der Erfindung mit einigen dieser hydrierten Copolymeren.The following examples are presented for illustrative purposes, with all parts and percentages being by weight and temperatures in degrees Celsius unless otherwise specifically stated. The examples illustrate the preparation of hydrogenated copolymers suitable for use as the copolymer substrate in the graft copolymers of the invention, and also illustrate the preparation of graft copolymers of the invention with some of these hydrogenated copolymers.

In den Beispielen (d.h. Tabellen II bis IV) werden Viskositäten in Zentistoke (CST) angegeben, und 1 CST= 1 x 10&supmin;&sup6;m²s&supmin;¹.In the examples (i.e. Tables II to IV) viscosities are given in centistokes (CST), and 1 CST = 1 x 10⁻⁶m²s⁻¹.

Beispiel 1example 1 Herstellung eines 1,3-Butadien/Methylmethacrylat-EmulsionscopolymersPreparation of a 1,3-butadiene/methyl methacrylate emulsion copolymer

Einem 2-Liter-Parr-Reaktor, der mit zwei propellerartigen Rührern auf der Rührwelle und mit zwei Einlaßöffhungen ausgestattet ist, wird eine Tensidlösung von 600 ml entionisiertem Wasser, 0,22 Gramm Natriumlaurylsulfat, 1,71 Gramm Tetranatriumpyrophosphat und 1,79 Gramm Eisen(II)sulfatneptahydrat zugegeben. Der Reaktor wird 30 Minuten mit Stickstoff gründlich gespült, während die Tensidlösung gerührt wird. 55 ml eines Monomergemisches, hergestellt aus 180 Gramm Methylmethacrylat, 325 Gramm 1,3-Butadien und 1,00 Gramm Cumolhydroperoxid-Katalysator, wird dem Reaktor zugegeben. Die Temperatur des Reaktors wird zwischen +24ºC und +26ºC gehalten. Der Rest des Monomergemisches wird mit einer Geschwindigkeit von 3,0 ml pro Minute dem Monomergemisch zugegeben. Zur gleichen Zeit, zu der der Rest des Monomergemisches zugegeben wird, wird eine zweite Tensidiösung aus 14,6 Gramm 70% wäßrigem Triton X405, ein ethoxyliertes t-Octylpbenol, und 4,4 Gramm Natriumlaurylsulfat in 266 Gramm entionisiertem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 1,9 ml pro Minute dem Reaktor zugegeben. Die Zugabe der zweiten Tensidlösung braucht bis zum Ende etwa 2,5 Stunden. Rühren und Temperatur werden zusätzlich 4,5 Stunden, nachdem das Monomergemisch zugegeben worden ist, beibehalten. Dann wird nicht-umgesetztes Butadien entlüftet, und die Emulsion wird in 3 Liter Methanol, welche 0,2 Gramm Hydrochinon entnalten, gefällt. Das gefällte Copolymer wird mit 2 Liter Methanol und dann mit sechs Wäschen von 3 Liter-Portionen entionisiertem Wasser gewaschen. Das gewaschene, gefällte Copolymer wird in einem Vakuum wahrend über 24 Stunden bei 35ºC getrocknet. Das fertige, getrocknete Copolymer wiegt 315 Gramm und enthält 77,8 Molprozent 1,3-Butadien, bestimmt mittels NMR.A surfactant solution of 600 mL of deionized water, 0.22 grams of sodium lauryl sulfate, 1.71 grams of tetrasodium pyrophosphate, and 1.79 grams of ferrous sulfate neptahydrate is added to a 2-liter Parr reactor equipped with two propeller-type stirrers on the stirrer shaft and two inlet ports. The reactor is thoroughly purged with nitrogen for 30 minutes while the surfactant solution is stirred. 55 mL of a monomer mixture prepared from 180 grams of methyl methacrylate, 325 grams of 1,3-butadiene, and 1.00 gram of cumene hydroperoxide catalyst is added to the reactor. The temperature of the reactor is maintained between +24ºC and +26ºC. The remainder of the monomer mixture is added to the monomer mixture at a rate of 3.0 mL per minute. At the same time that the remainder of the monomer mixture is added, a second surfactant solution of 14.6 grams of 70% aqueous Triton X405, an ethoxylated t-octylbenzene, and 4.4 grams of sodium lauryl sulfate in 266 grams of deionized water is added to the reactor at a rate of 1.9 ml per minute. The addition of the second surfactant solution takes about 2.5 hours to complete. Agitation and temperature are maintained for an additional 4.5 hours after the monomer mixture is added. Unreacted butadiene is then vented and the emulsion is precipitated into 3 liters of methanol containing 0.2 grams of hydroquinone. The precipitated copolymer is washed with 2 liters of methanol and then with six washes of 3 liter portions of deionized water. The washed, precipitated copolymer is dried in a vacuum for 24 hours at Dried at 35ºC. The finished, dried copolymer weighs 315 grams and contains 77.8 mole percent 1,3-butadiene, determined by NMR.

Beispiele 2-8Examples 2-8 Herstellung eines 1,3-Butadien/Methylmethacrylat-Emulsionscopolymers in Gegenwart von KettenübertragungsmittelnPreparation of a 1,3-butadiene/methyl methacrylate emulsion copolymer in the presence of chain transfer agents

Die Copolymere dieser Beispiele werden gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 1 hergestellt, wobei verschiedenste Kettenübertragungsmittel, wie z.B. n-DDM t-DDM, und N-Öl 100, dem Monomergemisch bei einer Reihe von Gewichtsprozentkonzentrationen, bezogen auf die Monomeren, zugegeben werden, um das Molekulargewicht zu steuern. Diese Kettenübertragungsmittel werden dem Reaktor zugegeben und werden mit der Monomerzuführung gemischt. Das Copolymer wird gemäß Beispiel 1 (Beispiele 5 und 8) durch Fällung in Methanol oder durch direkte Extraktion bei 70ºC in 2 Liter Cyclohexan, gefolgt von einer azeotropen Destillation, um die Cyclohexanlösung zu trocknen und Methanol zu entfernen (Beispiele 2-4, 6-7), isoliert. Die Extraktion isoliert in der Regel 50-70% des Copolymers. Der Rest kann durch Fällung isoliert werden, falls dies erwünscht ist. Eine vollständige Isolierung durch Extraktion wird bevorzugt, da kein Schritt zur erneuten Auflösung erforderlich ist. Die Polymerausbeuten werden durch Abdampfen des Cyclohexans aus einer abgewogenen Probe gemessen.The copolymers of these examples are prepared according to the procedure of Example 1, with various chain transfer agents, such as n-DDM, t-DDM, and N-Oil 100, added to the monomer mixture at a range of weight percent concentrations based on the monomers, to control molecular weight. These chain transfer agents are added to the reactor and are mixed with the monomer feed. The copolymer is isolated according to Example 1 (Examples 5 and 8) by precipitation in methanol or by direct extraction at 70°C into 2 liters of cyclohexane followed by azeotropic distillation to dry the cyclohexane solution and remove methanol (Examples 2-4, 6-7). The extraction typically isolates 50-70% of the copolymer. The remainder can be isolated by precipitation if desired. Complete isolation by extraction is preferred as no redissolution step is required. Polymer yields are measured by evaporating the cyclohexane from a weighed sample.

Die Eigenschaften, die Molprozent Butadien-Konzentration und das Molekulargewieht, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), bezogen auf eine Polymethacrylatkalibrierung, sind in der Tabelle I zusammengefaßt.The properties, the mole percent butadiene concentration and the molecular weight, determined by gel permeation chromatography (GPC), based on a polymethacrylate calibration, are summarized in Table I.

Beispiel 9Example 9 Hydrierung eines 1,3-Butadien/Methylmethacrylat-EmulsionscopolymersHydrogenation of a 1,3-butadiene/methyl methacrylate emulsion copolymer

Das trockene Copolymer von Beispiel 1 wird in 4 Liter Cyclohexan durch Rühren für 6 Stunden bei 55ºC aufgelöst. Die Hydrierung des Copolymers wird in einem 2-Liter Parr-Reaktor in 3 gleichen Portionen erzielt, indem ein Katalysator, der aus 1,49 Gramm Ni(acac)&sub2; und 7,2 ml 25% Triethylaluminium in Toluol hergestellt wurde, jeder Portion zugegeben wird, der Druck des Reaktors auf 28,59 bar (400 psig) gesetzt wird und unter Rühren bei 40ºC während einer Stunde erwärmt wird. Dann wird die Temperatur für etwa eine halbe bis etwa eine Stunde auf 110ºC angehoben, um die Reaktion zu vervollständigen. Das hydrierte Copolymer wird von Katalysatorresten befreit, indem es zweimal mit 500 ml 10% wäßriger Zitronensäure bei 70ºC und achtmal mit Portionen zu 2 Litern entionisiertem Wasser gewaschen wird. Das hydrierte Copolymer wird in N-Öl 100 abgestreift, mit vier Durchgängen bei 8000 psig homogenisert, um das Molekulargewicht zu verringern, und unter Druck durch ein Bett aus Diatomäenerde filtriert. Die IR- und NMR-Spektren des fertigen, homogenisierten, hydrierten Copolymers zeigt keine Absorptionen, welche Doppelbindungen zuzuschreiben sind.The dry copolymer of Example 1 is dissolved in 4 liters of cyclohexane by stirring for 6 hours at 55°C. Hydrogenation of the copolymer is accomplished in a 2-liter Parr reactor in 3 equal portions by adding a catalyst prepared from 1.49 grams of Ni(acac)2 and 7.2 ml of 25% triethylaluminum in toluene to each portion, setting the reactor pressure to 28.59 bar (400 psig) and heating with stirring at 40°C for one hour. Then the temperature is raised to 110°C for about half an hour to about one hour to complete the reaction. The hydrogenated copolymer is freed of catalyst residues by washing twice with 500 mL of 10% aqueous citric acid at 70°C and eight times with 2 liter portions of deionized water. The hydrogenated copolymer is stripped in N-Oil 100, homogenized with four passes at 8000 psig to reduce molecular weight, and pressure filtered through a bed of diatomaceous earth. The IR and NMR spectra of the final homogenized hydrogenated copolymer show no absorptions attributable to double bonds.

Beispiele 10-16Examples 10-16

Die Copolymere der Beispiele 2 bis 8 werden gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 9 hydriert und von Katalysatorresten befreit. Bei den höheren Mercaptanpegeln ist das 2-3-fache der Katalysatormenge notwendig, um eine vollständige Hydrierung, gemessen durch IR und NMR, zu erzielen.The copolymers of Examples 2 to 8 are hydrogenated and freed from catalyst residues according to the procedure of Example 9. At the higher mercaptan levels, 2-3 times the amount of catalyst is necessary to achieve complete hydrogenation, as measured by IR and NMR.

Der VI und die Scherstabilitätseigenschaften der hydrierten Copolymere der Beispiele 9 bis 16 im Schmieröl sind in der Tabelle II zusammengefaßt.The VI and shear stability properties of the hydrogenated copolymers of Examples 9 to 16 in lubricating oil are summarized in Table II.

Beispiel 17Example 17 Herstellung eines 1,3-Butadien/Ethylacrylat-EmulsionscopolymersPreparation of a 1,3-butadiene/ethyl acrylate emulsion copolymer

Ein erstes waßriges Tensidgemisch, welches 294,5 Gramm entionisiertes Wasser, 1,55 Gramm Natriumlaurylsulfät, 4,87 Gramm Triton X-105 (70% wäßrig) (ein Etnylenoxidaddukt von t-Octylphenol, in welchem der Durchscimitt der Ethylenoxideinheiten etwa 40 ist), 0,60 Gramm Eisen(II)sulfatheptahydrat und 0,57 Gramm Tetranatriumpyrophosphat enthält, wird einem 1 Liter Dreihalskolben zugegeben, der mit einem Trockeneiskondensator, einem Schaufelrührer, einem Tropftrichter und einer Stickstoffeinlaßöffnung ausgestattet ist. Das Gemisch wird gerührt, um eine homogene Lösung zu bilden. Der Kolben wird mit Stickstoff gespült, während die Lösung mit Eiswasser auf 5ºC abgekühlt wird. Ein Monomergemisch wird aus 60,0 Gramm Ethylacrylat, 112,0 Gramm 1,3-Butadien und 0,34 Gramm n-Dodecylmercaptan (0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf Monomere) und 0,34 Gramm Cumolhydroperoxid (0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf Monomere) hergestellt. Wenn die wäßrige Lösung 5ºC erreicht, werden 20 ml des Monomergemisches dem Kolben zugegeben, und die Reaktanten werden stark gerührt. Sobald die ersten 20 ml des Monomergemisches emulgieren, wird der Rest des Monomergemisches dem Kolben während einer Stunde tropfenweise zugegeben. Die Temperatur der Kolbenreaktanten wird durch Kühlen mit Eiswasser zwischen 3 und 7ºC gehalten. Am Ende von sieben und einer halben Stunde wird das Copolymer durch Fällung in 2 Liter Methanol, welches 0,2 Gramm Hydrochinon enthält, isoliert. Das gefällte Copolymer wird einmal mit frischem Methanol gewaschen und wird dann 1,5 Liter Cyclohexan zugegeben. Das Copolymer wird bei 50ºC gerührt, bis es im Cyclohexan gelöst ist, und die Lösung wird von mitgerissenem Wasser und Methanol durch aeeotrope Destillation entfernt. Die gravimetrische Bestimmung des Feststoffgehalts der Cyclohexan-Copolymer-Lösung ergibt einen Polymergehalt von 29 Gramm. Die NMR-Analyse der Zusammensetzung zeigt, daß das Copolymer 79,6 Molprozent 1,3-Butadien enthält.A first aqueous surfactant mixture containing 294.5 grams of deionized water, 1.55 grams of sodium lauryl sulfate, 4.87 grams of Triton X-105 (70% aqueous) (an ethylene oxide adduct of t-octylphenol in which the diameter of ethylene oxide units is about 40), 0.60 grams of ferrous sulfate heptahydrate, and 0.57 grams of tetrasodium pyrophosphate is added to a 1 liter three-neck flask equipped with a dry ice condenser, a paddle stirrer, a dropping funnel, and a nitrogen inlet port. The mixture is stirred to form a homogeneous solution. The flask is purged with nitrogen while the solution is cooled to 5°C with ice water. A monomer mixture is prepared from 60.0 grams of ethyl acrylate, 112.0 grams of 1,3-butadiene and 0.34 grams of n-dodecyl mercaptan (0.2 weight percent based on monomers) and 0.34 grams of cumene hydroperoxide (0.2 weight percent based on monomers). When the aqueous solution reaches 5ºC, 20 ml of the monomer mixture is added to the flask and the reactants are vigorously stirred. Once the first 20 ml of the monomer mixture emulsifies, the remainder of the monomer mixture is added dropwise to the flask over one hour. The temperature of the flask reactants is maintained between 3 and 7ºC by cooling with ice water. At the end of seven and one-half hours, the copolymer is isolated by precipitation in 2 liters of methanol containing 0.2 grams of hydroquinone. The precipitated copolymer is washed once with fresh methanol and then 1.5 liters of cyclohexane are added. The copolymer is stirred at 50°C until it is dissolved in the cyclohexane and the solution is removed from entrained water and methanol by aerotropic distillation. Gravimetric determination of the solids content of the cyclohexane copolymer solution gives a polymer content of 29 grams. NMR analysis of the composition shows that the copolymer contains 79.6 mole percent 1,3-butadiene.

Beispiel 18Example 18 Hydrierung eines 1,3-Butadien/Ethylacrylat-Copolymers.Hydrogenation of a 1,3-butadiene/ethyl acrylate copolymer.

Das gemäß Beispiel 17 hergestellte 1,3-Butadien/Ethylacrylat-Copolymer wird gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 8 hydriert. Katalysatorreste werden durch Extraktion mit 20% wäßriger Zitronensäure entfernt. Sowohl IR- als auch NMR-Spektrum des fertigen hydrierten Copolymers zeigen die Abwesenheit einer Ungesättigtheit. Die GPC-Bestimmung des Molekulargewichts (Kalibrierung mit Polymethylmethacrylat) ergibt ein w = 6,5 x 10&sup5;, n = 1,8 x 10&sup5; und ein w/ n = 3,56. Die Leistung des hydrierten Copolymers als ein VI-Verbesserer wird in der Tabelle II veranschaulicht. Dieses hydrierte 1,3-Butadien/Ethylacrylat-Copolymer weist hohe VIes auf, vergleichbar mit dem hydrierten 1,3-Butadien/Methylmethacrylat-Copolymer von Beispiel 11 beim gleichen Verwendungspegel in Basisöl.The 1,3-butadiene/ethyl acrylate copolymer prepared according to Example 17 is hydrogenated according to the procedure of Example 8. Catalyst residues are removed by extraction with 20% aqueous citric acid. Both IR and NMR spectra of the final hydrogenated copolymer show the absence of unsaturation. GPC determination of the molecular weight (calibration with polymethyl methacrylate) gives a w = 6.5 x 10⁵, n = 1.8 x 10⁵ and a w/ n = 3.56. The Performance of the hydrogenated copolymer as a VI improver is illustrated in Table II. This hydrogenated 1,3-butadiene/ethyl acrylate copolymer exhibits high VIes comparable to the hydrogenated 1,3-butadiene/methyl methacrylate copolymer of Example 11 at the same use level in base oil.

Beispiel 19Example 19 Herstellung eines 1,3-Butadien/Butylacrylat-Emulsionscopolymers.Preparation of a 1,3-butadiene/butyl acrylate emulsion copolymer.

Ein 1,3-Butadien/Butylacrylat-Copolymer wird gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 17 hergestellt, wobei die gleiche Menge Butylacrylat wie Ethylacrylat verwendet wird. Die Copolymerausbeute ist 41 Gramm, und es enthält 84,6 Molprozent, 1,3-Butadien, bestimmt mittels NMR.A 1,3-butadiene/butyl acrylate copolymer is prepared according to the procedure of Example 17, using the same amount of butyl acrylate as ethyl acrylate. The copolymer yield is 41 grams and it contains 84.6 mole percent 1,3-butadiene as determined by NMR.

Beispiel 20Example 20 Hydrierung eines 1,3-Butadien/Butylacrylat-CopolymersHydrogenation of a 1,3-butadiene/butyl acrylate copolymer

Das gemäß Beispiel 19 hergestellte 1,3-Butadien/Butylacrylat-Copolymer wird hydriert und gemaß Beispiel 18 isoliert, mit der Ausnahme, daß 1 ml 30% waßriges Wasserstoffperoxid der wäßrigen Zitronenssiurelösung zugegeben wird, um die Isolierung zu beschleunigen. Sowohl IR- als auch NMR-Spektrum des fertigen Copolymers zeigen keine olefinischen Absorptionen (keine Ungesättigtheit). GPC ergibt ein w = 9,3 x 10&sup5;, n = 1,6 x 10&sup5; und ein w/ n = 5,7 (relativ zu Polymethylmethacrylat). Die Leistung dieses Copolymers als ein VI-Verbesserer wird in der Tabelle II veranschaulicht. Das hydrierte 1,3-Butadien/Butylacrylat-Copolymer wies hohe VIe auf, vergleichbar mit dem 1,3-Butadien/Ethylacrylat-Copolymer von Beispiel 18 und dem 1,3-Butadien/Methylmethacrylat-Copolymer von Beispiel 11 bei einem geringfügig niedrigeren Verwendungspegel im Basisöl.The 1,3-butadiene/butyl acrylate copolymer prepared according to Example 19 is hydrogenated and isolated according to Example 18 except that 1 ml of 30% aqueous hydrogen peroxide is added to the aqueous citric acid solution to speed up the isolation. Both IR and NMR spectra of the final copolymer show no olefinic absorptions (no unsaturation). GPC gives a w = 9.3 x 105, n = 1.6 x 105 and a w/n = 5.7 (relative to polymethyl methacrylate). The performance of this copolymer as a VI improver is illustrated in Table II. The hydrogenated 1,3-butadiene/butyl acrylate copolymer exhibited high VIe, comparable to the 1,3-butadiene/ethyl acrylate copolymer of Example 18 and the 1,3-butadiene/methyl methacrylate copolymer of Example 11 at a slightly lower use level in the base oil.

Beispiel 21Example 21 Herstellung eines Isopren/Methylmethacrylat-EmulsionscopolymersPreparation of an isoprene/methyl methacrylate emulsion copolymer

Ein Isopren/Methylmethacrylat-Copolymer wird gemäß Beispiel 17 hergestellt, außer daß die Polymerisationstemperatur durch Kühlen mit Eiswasser zwischen 25-28ºC gehalten wird. Die Mengen der Reaktanten sind wie folgt: 50 Gramm Isopren, 28 Gramm Methylmethacrylat, 0,16 Gramm n- Dodecylmercaptan, 0,16 Gramm Cumolhydroperoxid, 150 ml entionisiertes Wasser, 0,30 Gramm Eisen(II)sulfatneptahydrat, 0,28 Gramm Tetranatriumpyrophosphat, 0,78 Gramm Natriumlaurylsulfat und 2,43 Gramm Triton X405 (70% wäßrig). 12 Gramm des Copolymers werden gewonnen, und das NMR-Spektrum des Copolymers zeigt daß das Copolymer 66,7 Molprozent Isopren entnält.An isoprene/methyl methacrylate copolymer is prepared according to Example 17 except that the polymerization temperature is maintained between 25-28°C by cooling with ice water. The amounts of reactants are as follows: 50 grams of isoprene, 28 grams of methyl methacrylate, 0.16 grams of n-dodecyl mercaptan, 0.16 grams of cumene hydroperoxide, 150 ml of deionized water, 0.30 grams of ferrous sulfate neptahydrate, 0.28 grams of tetrasodium pyrophosphate, 0.78 grams of sodium lauryl sulfate, and 2.43 grams of Triton X405 (70% aqueous). 12 grams of the copolymer are recovered and the NMR spectrum of the copolymer shows that the copolymer contains 66.7 mole percent isoprene.

Beispiel 22Example 22 Hydrierung eines Isopren/Methylmethacrylat-CopolymersHydrogenation of an isoprene/methyl methacrylate copolymer

Das Isopren/Methylmethacrylat-Copolymer von Beispiel 21 wird hydriert, und die Katalysatorreste werden gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 20 entfernt. Das Copolymer erfordert die zweifache Menge Katalysator und wird zweimal so lang wie in Beispiel 20 reagieren gelassen; das fertige Copolymer weist jedoch bei IR und NMR etwas Ungesättigtheit auf. Eine Integrierung des NMR-Spektrurns zeigt, daß etwa 35% der Isopren-Doppelbindungen erhalten bleiben. Die Leistung dieses Copolymers als ein VI-Verbesserer ist in der Tabelle II veranschaulicht. Obwohl der Verwendungspegel dieses Copolymerbasisöls höher ist als die Butadien/Methylmethacrylat-, /Ethyl- oder /Butylacrylat-Copolymere, war der Vle auf Grund einer geringeren Viskosität bei 37,8ºC (100ºF) viel höher.The isoprene/methyl methacrylate copolymer of Example 21 is hydrogenated and the catalyst residues are removed according to the procedure of Example 20. The copolymer requires twice the amount of catalyst and allowed to react twice as long as in Example 20; however, the final copolymer exhibits some unsaturation by IR and NMR. Integration of the NMR spectrum shows that about 35% of the isoprene double bonds are retained. The performance of this copolymer as a VI improver is illustrated in Table II. Although the use level of this copolymer base oil is higher than the butadiene/methyl methacrylate, /ethyl or /butyl acrylate copolymers, the VIe was much higher due to a lower viscosity at 37.8°C (100°F).

Beispiel 23Example 23 Herstellung eines 1,3-Butadien/Methylmethacrylat/Cetyl-Eicosylmethacrylat/Dodecyl-Pentadecylmethacrylat-EmulsionscopolymersPreparation of a 1,3-butadiene/methyl methacrylate/cetyl eicosyl methacrylate/dodecyl pentadecyl methacrylate emulsion copolymer

883,4 ml entionisiertes Wasser, 4,62 Gramm Natriumlaurylsulfat, 12,20 Gramm Triton N-100 (ein ethoxyliertes Dodecylphenol, in welchem die Anzahl der Ethylenoxideinheiten durchschnittlich 9,5 ist), 1,71 Gramm Tetranatriumpyrophosphat, 1,79 Gramm Eisen(II)sulfatheptahydrat, 105 Gramm Cetyl-Eicosylmetnacrylat, 165 Gramm Dodecyl-Pentadecylmethacrylat und 92 Gramm 1,3-Butadien werden in einen 2 Liter Parr-Reaktor gegeben. Das Gemisch wird auf einer Temperatur von 28-36ºC gehalten, und 30 Gramm Methylmethacrylat, weiches 1,00 Gramm Cumolhydroperoxid darin gelöst enthält, werden kontinuierlich in den konstant gerührten Reaktor während einer Zeitspanne von 3 Stunden zugeührt. Am Ende der Zugabe des Methylmethacrylats und des Katalysators wird das Reaktionsgemisch 5 Stunden lang gerührt. Dann wird der Reaktionsinhalt in 2 Liter Methanol entleert, welches 1,10 Gramm Hydrochinon entnält, um das Copolymer zu fällen. Das gefällte Copolymer wird mit 2 Liter frischem Methanol gewaschen und dann in 2 Liter Cyclohexanon gelöst. Wasser und Methanol werden mittels azeotroper Destillation auf ein Volumen von etwa 1,5 Liter (1.200 Gramm) entfernt. Der Feststoffgehalt des Copolymers im Cyclohexan ist 5,5%, was eine Copolymerausbeute von 66 Gramm darstellt.883.4 ml of deionized water, 4.62 grams of sodium lauryl sulfate, 12.20 grams of Triton N-100 (an ethoxylated dodecylphenol in which the number of ethylene oxide units is 9.5 on average), 1.71 grams of tetrasodium pyrophosphate, 1.79 grams of ferrous sulfate heptahydrate, 105 grams of cetyl eicosyl methacrylate, 165 grams of dodecyl pentadecyl methacrylate and 92 grams of 1,3-butadiene are charged to a 2 liter Parr reactor. The mixture is maintained at a temperature of 28-36ºC, and 30 grams of methyl methacrylate containing 1.00 grams of cumene hydroperoxide dissolved therein is continuously fed into the constantly stirred reactor over a period of 3 hours. At the end of the addition of the methyl methacrylate and catalyst, the reaction mixture is stirred for 5 hours. Then the reaction contents are emptied into 2 liters of methanol containing 1.10 grams of hydroquinone to precipitate the copolymer. The precipitated copolymer is washed with 2 liters of fresh methanol and then dissolved in 2 liters of cyclohexanone. Water and methanol are removed by azeotropic distillation to a volume of about 1.5 liters (1,200 grams). The solids content of the copolymer in the cyclohexane is 5.5%, representing a copolymer yield of 66 grams.

Beispiel 24Example 24 Hydrierung eines 1,3-Butadien/Methylmethacrylat/höheres Alkylmethacrylat-CopolymersHydrogenation of a 1,3-butadiene/methyl methacrylate/higher alkyl methacrylate copolymer

Das Copolymer von Beispiel 23 wird gemäß Beispiel 15 hydriert, jedoch mit der zweifachen Menge an Katalysator. Das IR des hydrierten Copolymers legt nahe, daß nach Entfernung von Katalysatorresten einige Trans-Doppelbindungen zurückbleiben können, das NMR-Spektrum zeigt jedoch keine olefinischen Protonen. Dies zeigt an, daß mindestens 95% der Ungesättigtheit reduziert ist. Die ASTM-Stockpunnte von mit diesem hydrierten Stockpunkt-VI-Verbesserer formulierten Mischungen sind in der Tabelle III gezeigt, während die VI-Eigenschaften in der Tabelle II veranschaulicht sind.The copolymer of Example 23 is hydrogenated as in Example 15, but with twice the amount of catalyst. The IR of the hydrogenated copolymer suggests that some trans double bonds may remain after removal of residual catalyst, but the NMR spectrum shows no olefinic protons. This indicates that at least 95% of the unsaturation is reduced. The ASTM pour points of blends formulated with this hydrogenated pour point VI improver are shown in Table III, while the VI properties are illustrated in Table II.

Beispiel 25Example 25 Herstellung eines dispergierenden, den Stockpunkt herabsetzenden VI-VerbesserersPreparation of a dispersing, pour point reducing VI improver

60,7 Gramm einer Lösung des hydrierten 1,3-Butadien/Methylmethacrylat/höheres Alkylmethacrylat-Copolymers von Beispiel 24 in einem Lösungsmittel von höheren Alkylisobutyraten, die von der Hydrierung der höheren Alkylmethacrylate stammt, wo die Lösung etwa 50% Feststoffe entnält, wird einem Dreihalsrundkolben zugegeben, der mit einem mechanischen Rührer, einer Stickstoffeinlaßöffnung und einem Thermometer ausgestattet ist. Die Polymerlösung wird auf 110ºC erwärmt, und 4,55 Gramm N-Vinylpyrrolidinon-(NVP) (15 Gew.-% Polymer)-Pfropfmonomer werden zugegeben. Die Lösung wird 15 Minuten lang bei 110ºC gerührt, und 0,72 Gramm 85% t-Butylperbenzoat (0,2%, bezogen auf Polymersubstrat) (in gemischten Xylolen) werden der Polymerlösung zugegeben. Die Lösung wird 0,5 Stunden bei 110ºC gerührt. Dann wird die Reaktionstemperatur in Intervallen von 10ºC während 0,5 Stunden auf 140ºC angehoben und bei dieser Temperatur eine Stunde lang gehalten, um die Pfropfpolymerisationsreaktion zu beenden. Dann wird das Reaktionsgemisch bei einem Druck von 0,5 mm auf 155ºC erwärmt, um flüchtige Stoffe abzudestillieren, und mit N-Öl 100 verdüunt. Gel, welches im Öl sichtbar ist, wird durch Filtration entfernt. Die Lösung des Pfroppolymers, welche 11,7% Feststoffe entnielt, wurde auf Asphaltendispergierbarkeit getestet, und es wurde gefunden, daß sie eine Einstufung von 4P aufwies. Die Leistung des Pfropfpolymers als ein VI-Verbesserer ist in der Tabelle II, und als ein Mittel zur Herabsetzung des Stockpunktes in der Tabelle III veranschaulicht.60.7 grams of a solution of the hydrogenated 1,3-butadiene/methyl methacrylate/higher alkyl methacrylate copolymer of Example 24 in a solvent of higher alkyl isobutyrates obtained from from the hydrogenation of the higher alkyl methacrylates, where the solution contains about 50% solids, is added to a three-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, nitrogen inlet port, and thermometer. The polymer solution is heated to 110°C and 4.55 grams of N-vinylpyrrolidinone (NVP) (15 wt.% polymer) grafting monomer is added. The solution is stirred at 110°C for 15 minutes and 0.72 grams of 85% t-butyl perbenzoate (0.2% based on polymer substrate) (in mixed xylenes) is added to the polymer solution. The solution is stirred at 110°C for 0.5 hour. The reaction temperature is then raised to 140°C at 10°C intervals over 0.5 hours and held at that temperature for one hour to complete the graft polymerization reaction. The reaction mixture is then heated to 155°C at 0.5 mm pressure to distill off volatiles and diluted with N-Oil 100. Gel visible in the oil is removed by filtration. The graft polymer solution, which contained 11.7% solids, was tested for asphaltene dispersibility and found to have a rating of 4P. The performance of the graft polymer as a VI improver is illustrated in Table II and as a pour point depressant in Table III.

Beispiel 26Example 26 Herstellung eines dispergierenden, den Stockpunkt herabsetzenden VI-VerbesserersPreparation of a dispersing, pour point reducing VI improver

10,87 Gramm des hydrierten Copolymers von Beispiel 24, isoliert aus dem Cyclohexan- Hydrierungslösungsmittel, wird in Methanol gefällt und einem 250 ml Dreihalsrundkolben zugegeben, der mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer und einer Stickstoffeinlaßöffnung ausgestattet ist. 29,3 Gramm des blassen Neutralöls werden dem hydrierten Copolymer zugegeben. Der Reaktionskolben wird mit Stickstoff gründlich gespült, und die Lösung wird für etwa 4 Stunden bei 120ºC gerührt, bis sich das Polymer löst. 0,82 Gramm des N-Vinylpyrrolidinon-(7,5 Gew.-% Polymer)-Propfmonomers werden dem Reaktionskolben zugegeben. Nach 15 Minuten Rühren werden 0,25 Gramm 85% t-Butylperbenzoat-Initiator in gemischten Xylolen dem Kolben zugegeben. Die Temperatur wird 0,5 Stunden auf 120ºC gehalten und dann in Intervallen zu 15 Minuten auf 140ºC angehoben. Die Temperatur wird für 1 Stunde auf 140ºC gehalten, um die Pfropfpolymerisationsreaktion zu beenden. Zusätzliches N-Öl 100 wird zugegeben, und die flüchtigen Stoffe werden durch Abstreifen auf eine Temperatur von 155ºC bei einem Druck von 0,5 mm entfemt. Die heiße Ölpolymerlösung wird durch Gaze filtriert, um Gelpartikel zu entfernen, und führt zu einer 5,0% Polymerlösung in Öl. Das Pfropfcopolymer ist ein IP Asphaltendispergiermittel. Seine VI-verbessernden Eigenschaften sind in der Tabelle II gezeigt, und seine den Stoekpunkt herabsetzenden Eigenschaften in der Tabelle III.10.87 grams of the hydrogenated copolymer of Example 24 isolated from the cyclohexane hydrogenation solvent is precipitated in methanol and added to a 250 mL three-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, thermometer and nitrogen inlet port. 29.3 grams of the pale neutral oil is added to the hydrogenated copolymer. The reaction flask is thoroughly purged with nitrogen and the solution is stirred at 120°C for about 4 hours until the polymer dissolves. 0.82 grams of the N-vinylpyrrolidinone (7.5 wt.% polymer) graft monomer is added to the reaction flask. After 15 minutes of stirring, 0.25 grams of 85% t-butyl perbenzoate initiator in mixed xylenes is added to the flask. The temperature is held at 120ºC for 0.5 hours and then raised to 140ºC at 15 minute intervals. The temperature is held at 140ºC for 1 hour to complete the graft polymerization reaction. Additional N-Oil 100 is added and the volatiles are removed by stripping to a temperature of 155ºC at a pressure of 0.5 mm. The hot oil polymer solution is filtered through cheesecloth to remove gel particles and results in a 5.0% polymer solution in oil. The graft copolymer is an IP asphaltene dispersant. Its VI improving properties are shown in Table II and its stick point depressing properties in Table III.

Beispiel 27Example 27 Herstellung eines 1,3-Butadien/höheres Alkylmethacrylat-EmulsionscopolymersPreparation of a 1,3-butadiene/higher alkyl methacrylate emulsion copolymer

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, um 43 Gramm Copolymer aus einem Monomergemisch herzustellen, welches 100 Gramm 1,3-Butadien, 210 Gramm Dodecyl-Pentadecylmethacrylat, 70 Gramm Cetyl-Eicosylmethacrylat und 1,00 Gramm Cumolhydroperoxid enthält. Alle anderen Reagensmengen sind in Beispiel 1 beschrieben.The procedure of Example 1 is repeated to prepare 43 grams of copolymer from a monomer mixture containing 100 grams of 1,3-butadiene, 210 grams of dodecyl pentadecyl methacrylate, Contains 70 grams of cetyl eicosyl methacrylate and 1.00 grams of cumene hydroperoxide. All other reagent amounts are described in Example 1.

Das Copolymer enthält 87 Molprozent Butadien.The copolymer contains 87 mole percent butadiene.

Beispiel 28Example 28 Hydrierung des Copolymers von Beispiel 27Hydrogenation of the copolymer of Example 27

Das Copolymer von Beispiel 27 wird in Cyclohexan gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 8 hydriert. Das IR-Spektrum legt etwas Sättigung nahe aber das NMR-Spektrum zeigt keine olefinischen Absorptionen, was anzeigt, daß mindestens 95% der Doppelbindungen hydriert worden sind. Die Eigenschaften des hydrierten Copolymers als ein VI-Verbesserer und als ein Mittel zum Herabsetzen des Stockpunktes sind in den Tabellen II bzw. III veranschaulicht.The copolymer of Example 27 is hydrogenated in cyclohexane according to the procedure of Example 8. The IR spectrum suggests some saturation but the NMR spectrum shows no olefinic absorptions, indicating that at least 95% of the double bonds have been hydrogenated. The properties of the hydrogenated copolymer as a VI improver and as a pour point depressant are illustrated in Tables II and III, respectively.

Beispiel 29Example 29 Herstellung eines dispergierenden, den Stockpunkt herabsetzenden VI-VerbesserersPreparation of a dispersing, pour point reducing VI improver

10,73 Gramm des hydrierten Copolymers in einer Lösung von 33 Gramm N-Öl 100 und 11,3 Gramm gemischten höheren Alkylbutyraten werden mit 1,65 Gramm N-Vinylpyrrolidinon gemaß der Arbeitsweise von Beispiel 25 propfpolymerisiert. Es wird sehr wenig Gel gebildet. Das Produkt ist ein IP Asphaltendispergiermittel. Das Pfropfcopolymer enthält 0,10% N. Die VI-Eigenschaften und die Stockpunktherabsetzbarkeit sind in der Tabelle III veranschaulicht.10.73 grams of the hydrogenated copolymer in a solution of 33 grams of N-Oil 100 and 11.3 grams of mixed higher alkyl butyrates are graft polymerized with 1.65 grams of N-vinylpyrrolidinone according to the procedure of Example 25. Very little gel is formed. The product is an IP asphaltene dispersant. The graft copolymer contains 0.10% N. The VI properties and pour point depressability are illustrated in Table III.

Beispiel 30Example 30 Herstellung eines dispergierenden VI-VerbesserersPreparation of a dispersing VI improver

Eine Lösung aus 19,0 Gramm eines hydrierten Butadien/Methylmethacrylat-Copolymers, welches gemäß Beispiel 1 in 31,0 Gram N-Öl 100 (38% Feststoffe) hergestellt wurde, wird in einen Glasreaktor gegeben, mit Stickstoff gespült und auf 11 0ºC erwärmt. 1,43 Gramm N-Vinylpyrrolidinon (7,5%, bezogen auf Polymerfeststoffe) werden der Copolymerlösung zugegeben, und die Lösung wird 15 Minuten lang gerührt. Dann wird die Temperatur während einer Zeitspanne von 30 Minuten auf 140ºC angehoben und eine Stunde lang auf 140ºC gehalten. Die Lösung wird bei einem Druck von 0,5 mm und bei 145ºC abgestreift, während zusätzliches N-Öl 100 zugegeben wird. Das Endprodukt ist eine 11,5% Lösung eines dispergierenden V1-Verbesserers in N-Öl 100, welches eine Dispergierbarkeitseinstufüng von 6P ergibt. Die Säulenchromatographie zeigt, daß 79% des Polymers gepfropft worden sind. Die Mikroanalyse des festen Polymers ergibt %Nk = 0,89, was einem durchschnittlichen Gehalt an N-Vinylpyrrolidinon von 7,1% entspricht.A solution of 19.0 grams of a hydrogenated butadiene/methyl methacrylate copolymer prepared according to Example 1 in 31.0 grams of N-Oil 100 (38% solids) is placed in a glass reactor, purged with nitrogen and heated to 110°C. 1.43 grams of N-vinylpyrrolidinone (7.5% based on polymer solids) is added to the copolymer solution and the solution is stirred for 15 minutes. The temperature is then raised to 140°C over a period of 30 minutes and held at 140°C for one hour. The solution is stripped at 0.5 mm pressure and at 145°C while additional N-Oil 100 is added. The final product is a 11.5% solution of a V1 dispersant improver in N-Oil 100, giving a dispersibility rating of 6P. Column chromatography shows that 79% of the polymer has been grafted. Microanalysis of the solid polymer gives %Nk = 0.89, which corresponds to an average N-vinylpyrrolidinone content of 7.1%.

Die folgenden Tabellen veranschaulichen die VI-Verbesserung, die Scherstabilität, die oxidative und die thermische Stabilität, die BPT, die Herabsetzbarkeit des Stockpunkts und die Dispergierfähigkeit der Copolymere dieser Erfindung. TABELLE I Beispiel Kettenübertragungsmittel Gew.-%, auf Gesamtmonomere Copolymerausbeute (Gramm) Gewinnungsverfahren Mol-% 1,3-Butadien im Copolymer¹ Extraktion³ FällungThe following tables illustrate the VI improvement, shear stability, oxidative and thermal stability, BPT, pour point depressability and dispersibility of the copolymers of this invention. TABLE I Example Chain Transfer Agent Wt.%, on Total Monomers Copolymer Yield (grams) Recovery Method Mole % 1,3-butadiene in Copolymer¹ Extraction³ Precipitation

¹ Mittels NMR (Mol-% 1,3-Butadien in der Zufiilirung waren 77%)¹ By NMR (mol% 1,3-butadiene in the feed was 77%)

² Referenz: Polymethylmethacrylat² Reference: Polymethyl methacrylate

³ Toluolextraktion und Hydrierungslösungsmittel³ Toluene extraction and hydrogenation solvent

&sup4; Enthalt Gel; Ausbeute an löslichem Polymer nicht bestimmt&sup4; Contains gel; yield of soluble polymer not determined

&sup5; Hydriertes Copolymer hatte ein w = 2,2 x 10&sup5;, n = 8,8 x 10&sup4;, und w/ n = 2,55 Hydrogenated copolymer had a w = 2.2 x 105, n = 8.8 x 104, and w/ n = 2.5

Tabelle I präsentiert eine Kurzfassung der Ergebnisse der Beispiele 2-8. Die Beispiele 2-5 zeigen, daß mit zunehmender Konzentration des Kettenübertragungsmittels die Molekulargewichtsverteilung in der Regel enger wird. Die Beispiele 6 und 7 zeigen, daß N-Öl 100 kein sehr aktives Kettenübertragungsmittel ist, und daß das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Copolymers und das w/ n signifikant höher ist, als wenn n-Dodecylmercaptan als ein Kettenübertragungsmittel verwendet wird.Table I presents a summary of the results of Examples 2-8. Examples 2-5 show that as the concentration of the chain transfer agent increases, the molecular weight distribution tends to become narrower. Examples 6 and 7 show that N-Oil 100 is not a very active chain transfer agent and that the weight average molecular weight of the copolymer and the w/n are significantly higher than when n-dodecyl mercaptan is used as a chain transfer agent.

Eine Fällung wird gegenüber einer Extraktion bevorzugt, da sie eine Gewinnung des gesamten Copolymers gestattet, wogegen eine Extraktion eine Gewinnung von nur etwa 50 bis 70% des Copolymers zuläßt. Die Butadienkonzentration im Copolymer ist sehr nahe der Konzentration von Butadien in der Zuführung, was ein Anzeichen eines sehr geringen Abdriftens der Konzentration ist.Precipitation is preferred over extraction because it allows recovery of all of the copolymer, whereas extraction allows recovery of only about 50 to 70% of the copolymer. The butadiene concentration in the copolymer is very close to the concentration of butadiene in the feed, indicating very little concentration drift.

Tabelle II veranschaulicht die VIe und die %SLDTP der Copolymere der Beispiele 9-16, 18, 20, 22, 24-26, 28 und 29, verglichen mit Basisöl. Der höchste VIe wird mit dem Isopren/MMA- Copolymer des Beispiels 22 erzielt; der Verwendungspegel und die %SLDTP sind jedoch höher als mit Bd/MMA (Beispiel 11). Das am meisten scherstabile Copolymer ist Beispiel 16, während Beispiel 18 das am wenigsten scherstabile ist. TABELLE II Beispiel Basisöl % Polymer 5' Schall % SLDTP Viskosität CST bei ºC ( ºF) Basisöl¹ Isopren/MMA Pfropfcopolymer Pfropf-Bd/HAM keines Table II illustrates the VIe and %SLDTP of the copolymers of Examples 9-16, 18, 20, 22, 24-26, 28 and 29 compared to base oil. The highest VIe is achieved with the isoprene/MMA copolymer of Example 22; however, the use level and %SLDTP are higher than with Bd/MMA (Example 11). The most shear stable copolymer is Example 16, while Example 18 is the least shear stable. TABLE II Example Base Oil % Polymer 5' Sound % SLDTP Viscosity CST at ºC ( ºF) Base Oil¹ Isoprene/MMA Graft Copolymer Graft-Bd/HAM none

¹ Basisöl entnält 4,0% aschenfreies Dispergiermittel, 8,2% Detergens/Inhibitor-Packung, 60-87% Neutralöl 150, und als Rest Neutralöl 100.¹ Base oil contains 4.0% ashless dispersant, 8.2% detergent/inhibitor pack, 60-87% Neutral Oil 150, and the balance Neutral Oil 100.

² HAM = Höheres Allrylmethacrylat.² HAM = Higher Allyl Methacrylate.

Tabelle III veranschaulicht die Herabsetzungsfähigkeit des Stockpunkts der Copolymere der Beispiele 24, 25, 26, 28 und 29. Alle diese Copolymere weisen eine Stockpunktverringerung gegenüber Basisöl von mindestens 5,6ºC (10ºF) auf und können zu einer Verringerung von so hoch wie 13,9ºC (25ºF) führen. TABELLE III Herabsetzungsflüssigkeit des Stockpunkts von hydrierten Copolymeren BEISPIEL % POLYMER VISKOSITÄT, CST Stockpunkt Basisöl¹ keinesTable III illustrates the pour point depressing ability of the copolymers of Examples 24, 25, 26, 28 and 29. All of these copolymers exhibit a pour point reduction over base oil of at least 5.6°C (10°F) and can result in a reduction as high as 13.9°C (25°F). TABLE III Pour Point Depressant Fluids of Hydrogenated Copolymers EXAMPLE % POLYMER VISCOSITY, CST Pour Point Base Oil¹ none

¹ Basisöl enthält 4,0% aschenfreies Dispergiermittel, 8,2% Detergens/Inhibitor-Packung, 60-87% Neutralöl 150, und als Rest Neutralöl 100.¹ Base oil contains 4.0% ashless dispersant, 8.2% detergent/inhibitor pack, 60-87% Neutral Oil 150, and the balance Neutral Oil 100.

Tabelle IV vergleicht die viskosimetrischen Eigenschaften der hydrierten Butadien/Methylmethacrylat-Copolymere dieser Erfindung mit anderen herkömmlichen VI-Verbesserern. Die Copolymere dieser Erfindung weisen VIes auf, die herkömmlichen VI-Verbesserern bei Verwendungspegeln, die von 35-45% geringer als Polymethacrylate und bis zu etwa 10% höher als dispergierende Ethylen/Propylen-Copolymere sind, vergleichbar sind. Die BPTs der Copolymere dieser Erfindung sind Polymethacrylaten gleichwertig und besser als die BPTs der Etnylen/Propylen- und der dispergierenden Ethylen/Propylen-Copolymere. Dazu kommt noch, daß die VIes viel höher sind als die VIes der Copolymere des britischen Patents '749 bei geringeren Verwendungspegeln (Beispiel 1, homogenisiert, 4 Durchgänge). Außerdem ist die Scherstabilität der Bd/MMA-Copolymere den im Handel erhältlichen Ethylen/Propylen-Copolymeren überlegen und Polymethacrylaten gleichwertig oder besser. TABELLE IV Vergleich von viskosimetrischen Eigenschaften hydrierter Butadien/Methylmethacrylat-Copolymere mit anderen VI-Verbesserem¹ Viskosität, CST Polymertypus % Polymer Polymethacrylat Hydr. Styrol/Isopren Etnylen/Propylen Dispergierm., EP&sup5; BeispielTable IV compares the viscometric properties of the hydrogenated butadiene/methyl methacrylate copolymers of this invention with other conventional VI improvers. The copolymers of this invention have VIes comparable to conventional VI improvers at use levels ranging from 35-45% lower than polymethacrylates and up to about 10% higher than dispersant ethylene/propylene copolymers. The BPTs of the copolymers of this invention are equivalent to polymethacrylates and better than the BPTs of the ethylene/propylene and dispersant ethylene/propylene copolymers. In addition, the VIes are much higher than the VIes of the British Patent '749 copolymers at lower use levels (Example 1, homogenized, 4 passes). In addition, the shear stability of Bd/MMA copolymers is superior to commercially available ethylene/propylene copolymers and equivalent or better than polymethacrylates. TABLE IV Comparison of Viscometric Properties of Hydrogenated Butadiene/Methyl Methacrylate Copolymers with Other VI Improvers¹ Viscosity, CST Polymer Type % Polymer Polymethacrylate Hydr. Styrene/Isoprene Ethylene/Propylene Dispersant, EP⁵ Example

¹ Basisölformuleirung enthält 4,0% aschenfreies Dispergiermittel, 8,2% Detergens/Inhibitor-Packung, und ein Gemisch aus Neutralöl 150 und 100, um einen Kalten Kurbelsimulator (C.C.S.) (ASTM D- 2602) zu ergeben (Viskosität bei niedriger Temperatur bei hoher Scherung) Viskosität weniger als 3,5 Pa.s (35 Poise) bei -20ºC für eine volle Formulierung (SAE J-300 Sept. '80).¹ Base oil formulation contains 4.0% ashless dispersant, 8.2% detergent/inhibitor pack, and a blend of Neutral Oil 150 and 100 to give a Cold Crank Simulator (C.C.S.) (ASTM D- 2602) (Low Temperature High Shear Viscosity) viscosity less than 3.5 Pa.s (35 poise) at -20ºC for a full formulation (SAE J-300 Sept. '80).

² Homogenisiert, 4 Durchgänge bei 552,6 bar (8000 psig)² Homogenized, 4 passes at 552.6 bar (8000 psig)

³ Homogenisiert, 8 Durchgänge bei 552,6 bar (8000 psig)³ Homogenized, 8 passes at 552.6 bar (8000 psig)

&sup4; NP = Nicht berichtet&sup4; NP = Not reported

&sup5; Dispergiermittel Ethylen/Propylen-Copolymer&sup5; Dispersant ethylene/propylene copolymer

Tabelle V zeigt die thermische Stabilität verschiedener VI-Verbesserer. Die Copolymere dieser Erfindung sind in Luft thermisch stabiler als die herkömmlichen VI-Verbesserer und sind in der Regel in Stickstoff stabiler als die kommerziellen VI-Verbesserer, außer hydriertes Styrol/Isopren bei T&sub5;&sub0;. TABELLE V TGA-Daten verschiedener VI-Verbesserer Polymer LuftTable V shows the thermal stability of various VI improvers. The copolymers of this invention are more thermally stable in air than the conventional VI improvers and are generally more stable in nitrogen than the commercial VI improvers except hydrogenated styrene/isoprene at T50. TABLE V TGA data of various VI improvers Polymer Air

¹ Ethylen-Propylen, verkauft von B. F. Goodrich als Epcar 506 ("Epcar" ist ein Handelname)¹ Ethylene Propylene, sold by B. F. Goodrich as Epcar 506 ("Epcar" is a trade name)

² Hydriertes Styrol-Isopren, verkauft von Shell Company als Shellvis 40 ("Shellvis" ist ein Handelsname)² Hydrogenated styrene-isoprene sold by Shell Company as Shellvis 40 ("Shellvis" is a trade name)

³ Homogenisiert, 4 Durchgänge³ Homogenized, 4 passes

&sup4; Homogenisiert, 8 Durchgänge&sup4; Homogenized, 8 passes

&sup5; T&sub1;&sub0;, T&sub2;&sub0; und T&sub5;&sub0; sind Temperaturen, ºC, bei welchen sich 10, 20 und 50% des Polymers verflüchtigt haben oder verloren wurden, gemessen durch Gewichtsverringerung der Testprobe. Die angewendete Aufheizgeschwindigkeit im thermogravimetrischen Test war 20ºC/Minute.⁵ T₁₀₋, T₂₀₋ and T₅₀₋ are temperatures, ºC, at which 10, 20 and 50% of the polymer has volatilized or been lost, measured by weight reduction of the test sample. The heating rate used in the thermogravimetric test was 20ºC/minute.

Claims (9)

1. Pfropfcopolymer, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Copolymersubstrat und ein polaren Stickstoffenthaltendes Pfropfmonomer umfaßt, welches auf das Substrat polymerisiert ist, und worin das Copolymersubstrat:1. Graft copolymer characterized in that it comprises a copolymer substrate and a polar nitrogen-containing graft monomer polymerized onto the substrate, and wherein the copolymer substrate: (I) das polymerisierte Produkt von (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül und (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffätome oder weniger pro Molekül enthält, umfaßt;(I) the polymerized product of (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule and (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule; (II) ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 60 000 bis 1,6 x 10&sup6; besitzt und(II) has a weight average molecular weight of 60,000 to 1.6 x 10&sup6; and (III) hydriert ist, so daß nicht mehr als 5% Restungesättigtheit, bestimmt mittels Spektroskopie, vorhanden ist.(III) is hydrogenated so that no more than 5% residual unsaturation, determined by spectroscopy, is present. 2. Pfropfcopolymer, wie in Anspruch 1 beansprucht, welches von 0,2 bis 1,0 Prozent Stickstoff und von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent homopolymerisiertes Pfropfmonomer enthält.2. A graft copolymer as claimed in claim 1 which contains from 0.2 to 1.0 percent nitrogen and from 0.05 to 0.5 weight percent homopolymerized graft monomer. 3. Pfropfcopolymer, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin das Copolymersubstrat 1,3-Butadien und Methylmethacrylat umfaßt, und das polaren Stickstoff-enthaltende Pfropfmonomer ein oder mehrere von N-Vinylpyrrolidinon, 2-Vinylpyridin und 4-Vinylpyridin umfäßt.3. A graft copolymer as claimed in claim 1 or claim 2, wherein the copolymer substrate comprises 1,3-butadiene and methyl methacrylate, and the polar nitrogen-containing graft monomer comprises one or more of N-vinylpyrrolidinone, 2-vinylpyridine and 4-vinylpyridine. 4. Pfropfcopolymer, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin das Copolymersubstrat das polymerisierte Produkt von (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül, (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, und (c) einem oder mehreren höheren Alkylmethacrylaten, in welchen die Alkylgruppen 12 bis 20 Kohlenstoffatome entnalten, umfaßt.4. A graft copolymer as claimed in any preceding claim, wherein the copolymer substrate comprises the polymerized product of (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule, (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule, and (c) one or more higher alkyl methacrylates in which the alkyl groups contain 12 to 20 carbon atoms. 5. Verfahren zur Herstellung eines hydrierten Copolymers, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:5. Process for the preparation of a hydrogenated copolymer, characterized in that it comprises : (I) Emulsionscopolymerisieren von (a) einem konjugierten Diolefin mit 6 Kohlenstoffatomen oder weniger pro Molekül mit (b) einem Niederalkylacrylat oder Niederalkylmethacrylat, in welchem die Alkylgruppe 8 Kohlenstoffatome oder weniger pro Molekül enthält, gegebenenfalls zusammen mit (c) einem oder mehreren höheren Alkylmethacrylaten, in welchen die Alkylgruppen 12 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, in einer waßrigen Tensidlösung in Gegenwart eines Katalysators bei einer Polymerisationstemperatur von 5 bis 40ºC, um ein Copolymer zu bilden;(I) emulsion copolymerizing (a) a conjugated diolefin having 6 carbon atoms or less per molecule with (b) a lower alkyl acrylate or lower alkyl methacrylate in which the alkyl group contains 8 carbon atoms or less per molecule, optionally together with (c) one or more higher alkyl methacrylates in which the alkyl groups contain 12 to 20 carbon atoms, in an aqueous surfactant solution in the presence of a catalyst at a polymerization temperature of 5 to 40°C to form a copolymer; (II) katalytisches Hydrieren des Copolymers in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators bei einem Druck von 7,91 bar bis 35,09 bar (100 bis 500 psig), um im wesentlichen jede Diolefinungesättigtheit des Copolymers zu reduzieren, so daß nicht mehr als 5% Restungesättigtheit, bestimmt mittels Spektroskopie, vorhanden ist;(II) catalytically hydrogenating the copolymer in the presence of a hydrogenation catalyst at a pressure of 7.91 bar to 35.09 bar (100 to 500 psig) to reduce substantially any diolefin unsaturation of the copolymer so that there is no more than 5% residual unsaturation as determined by spectroscopy; (III) falls notwendig, Abbauen des Copolymers vor oder nach dem Hydrierungsschritt (II), so daß das Copolymer ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 60 000 bis 1,6 x 10&sup6; aufweist; und(III) if necessary, degrading the copolymer before or after the hydrogenation step (II) so that the copolymer has a weight average molecular weight of 60,000 to 1.6 x 10⁶; and (IV) Pfropfpolymerisieren des polaren Stickstoff-enthaltenden Monomers auf das hydrierte Copolymer.(IV) Graft polymerizing the polar nitrogen-containing monomer onto the hydrogenated copolymer. 6. Verfahren, wie in Anspruch 5 beansprucht, in welchem von 0,5 bis 8 Gewichtsprozent eines polaren Stickstoffenthaltenden Pfropfmonomers, bezogen auf das Gewicht des Copolymersubstrates, in der Pfropfpolymerisation verwendet werden.6. A process as claimed in claim 5 in which from 0.5 to 8 weight percent of a polar nitrogen-containing grafting monomer, based on the weight of the copolymer substrate, is used in the graft polymerization. 7. Ölzusammensetzung, welche (i) ein Schmieröl und (ii) eine dispergierende und den Viskositätsindex verbessernde Menge eines Pfropfcopolymers, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, umfaßt.7. An oil composition comprising (i) a lubricating oil and (ii) a dispersing and viscosity index improving amount of a graft copolymer as claimed in any one of claims 1 to 3. 8. Ölzusammensetzung, welche (i) ein Schmieröl und (ii) ein Dispergiermittel, eine den Stockpunkt herabsetzende und den Viskositätsindex verbessernde Menge eines Pfropfcopolymers, wie in Anspruch 4 beansprucht, umfaßt.8. An oil composition comprising (i) a lubricating oil and (ii) a dispersant, a pour point depressant and viscosity index improving amount of a graft copolymer as claimed in claim 4. 9. Treibstoffzusammensetzung, welche (i) einen Kohlenwasserstofftreibstoff und (ii) eine dispergierende Menge eines Pfropfcopolymers, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, umfaßt.9. A fuel composition comprising (i) a hydrocarbon fuel and (ii) a dispersive amount of a graft copolymer as claimed in any one of claims 1 to 3.
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